Юлен Очаковский - Свет в море

• Название: Свет в море
• Автор: Юлен Очаковский
• Издательство: Наука
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1970

Книга посвящена одному из сложных и интересных разделов науки — гидрооптике которая изучает проникновение и распространение света в море.

В настоящее время знать физические законы, определяющие эти процессы, особенно необходимо в связи с решением такой важной и актуальной проблемы, как освоение ресурсов Мирового океана.

Человек начал наступление на водную целину. Но для успешного его завершения следует разобраться в массе трудных вопросов гидрооптики.

Чем объясняется цвет моря и почему разные моря имеют разный цвет? От чего зависит прозрачность морской воды и несколько глубоко проникает свет в океанские глубины? Почему море светится? Ответы на все эти вопросы и дает настоящая книга.

Она написана легко, физическая сущность процессов объяснена весьма доступно. Издание рассчитано на широкие круги читателей.

---

На глубине более 500 м с борта «Михаэля Сарса» добывали лишь черных рыб и красных рачков.

В конце 30-х годов французский биолог Бертен в своем докладе в Биогеографическом обществе заявил: «Видимо, пределом для распространения живых существ, не считая бактерий, следует считать глубину в 7000 м».

Однако в 1949 г. советская экспедиция на «Витязе» обнаружила в Курильском желобе различные живые существа глубже «границы жизни Бертена». На глубине 7230 м была поймана рыба Careproctus amblistomopsis.

Обширные биологические исследования предельных глубин океана проводила датская экспедиция на «Галатее» в 1950–1952 гг. Но особенно большой вклад в открытие жизни в глубоководных океанических желобах и впадинах внесли советские экспедиции на «Витязе». В январе 1958 г. его биологам удалось исследовать с помощью глубоководной драги впадину Тонга на глубине 10 700 м. В сеть попались животные, принадлежащие к различным зоологическим группам. Как же окрашены обитатели этих колоссальных неосвещенных глубин? Большинству из них присуща слабая серовато-желтоватая окраска. Остальные вообще не окрашены. Действительно, окраска здесь не имеет защитного значения, такого как в поверхностной толще или на глубине в несколько сот метров.

Многие морские животные обладают способностью к активной маскировке, т. е. гомохромии. Они могут окрашиваться в соответствии с окружающим фоном, достаточно точно копируя с помощью пигментации спектральную кривую отражения фона. Это возможно благодаря удивительному «спектрофотометрическому» свойству зрения рыб и животных, т. е. их способности воспринимать распределение энергии в световом спектре, которое человек в состоянии различить только с помощью специального прибора — спектрофотометра. Широко известны опыты с камбалой, которую в аквариуме клали на синий, красный, зеленый и фиолетовый фон, и каждый раз она перекрашивалась в соответствующий цвет. Более того, камбала копировала не только окраску, но и рисунок фона.

Если рыба или животное лишается зрения, то они лишаются и способности к маскировке. Н. И. Тарасов в Сиваше поймал камбалу с наглухо затянутыми кожей глазами. Она была черного цвета, резко выделяясь среди зеленых, под цвет морской травы, зрячих камбал.

Великолепно искусством маскировки с помощью пигментации владеет рачок Hippolite varians. Это маленькое, длиной не более 2,5 см, животное прикрепляется к водорослям и принимает их цвет.

Рачок способен быстро изменяться и окрашиваться в зеленый, бурый и красный цвета. Именно в эти цвета окрашены группы морских водорослей, населяющих мелководную зону моря. Собственно говоря, они так и называются: зеленые, бурые и красные или багряные водоросли.

Уже давно обратила на себя внимание закономерность в распределении с глубиной этих водорослей.

В табл. 2 указано число видов, относящихся к разным группам водорослей, обитающих в Кильской бухте на различных глубинах.

Таблица 2

Глубина, м Виды водорослей зеленые бурые багряные 0 — 2 30 11 4 7 — 8 10 15 18 8 — 12 3 9 11 18 — 25 — 5 7

Ярусность выдерживается и в других морях. Как показали исследования, она связана с изменением спектрального состава солнечного света с глубиной. Зеленые водоросли обитают в самом верхнем слое, где еще имеется красный свет, который активно поглощается хлорофиллом а. Как и наземные растения, они лучше всего для фотосинтетической деятельности используют синий свет, а также излучение с длиной волны 640–650 нм. У багряных и бурых водорослей максимум ассимиляции приходится на синий и зеленый участки спектра.

Для приспособления к тому или иному спектральному составу света на конкретных глубинах у водорослей (как, впрочем, и у многих других растений) вырабатывается система пигментов-пластид, обеспечивающая наилучшее использование света.

В зеленых водорослях содержится определенное количество хлорофиллов а и b. Хлорофилл а лучше всего поглощает красный свет, а хлорофилл b — свет коротковолновой части спектра. Соотношение пигментов-пластид изменяется в зависимости от того, какой свет превалирует в подводном освещении, и одновременно изменяется окраска самих водорослей.

Они приобретают дополнительную окраску по отношению к свету, который наилучшим образом используется растением для фотосинтеза.

Рачок Hippolite varians принимает разную окраску в соответствии с цветом водорослей на различных глубинах только днем, а в ночное время независимо от дневной окраски перекрашивается в красивый прозрачно-синий цвет.

Так в природе решается сложнейшая задача маскировки под переменный фон в зависимости от изменений естественного освещения.

Море живет — море светится

Летом 1968 г. на дне Голубой бухты близ Новороссийска была установлена подводная лаборатория «Черномор». Несколько экипажей, сменяя друг друга, провели под водой наблюдения по разнообразным программам.

Во время проведения гидрооптической программы для океанавтов были предусмотрены ночные выходы из подводной лаборатории. В черной воде во время движения океанавтов вспыхивали голубоватые искры. Если кто-нибудь из них делал случайно вращательное движение рукой, то получался светящийся круг. Источником довольно ярких вспышек оказались мельчайшие одноклеточные жгутиковые организмы — ночесветки (Noctiluca miliaris). Их размеры 0,2–2 мм.

В свечении моря повинны и многие другие мелкие обитатели — планктонные рачки, креветки, моллюски. Но основной вклад в свечение моря вносит все тот же планктон. Есть предположение, что Колумб принял мерцание больших скоплений одного тропического многощетинкового червя за световые сигналы, подаваемые с неведомой земли. Он описал эти сигналы как свет свечи, которая то поднималась, то опускалась. Колумб видел таинственные вспышки примерно в 22 часа 12 октября 1492 г. Историки, исследовавшие судовые документы «Санта-Марии», приходят к выводу, что во время наблюдения световых сигналов корабль Колумба находился в 80–85 милях от острова Ватлинг. Следовательно, он не мог видеть на таком расстоянии пламени свечи.

В то же время естествоиспытатели заметили, что в этих местах в последнюю четверть Луны регулярно к поверхности моря поднимаются светящиеся черви. 12 октября 1492 г. также приходится на последнюю четверть Луны; вероятно, внимание Колумба и было привлечено свечением червей.

То, что вспышки достаточно интенсивны и могут быть видны на значительном расстоянии, убеждает следующий пример. Всего шесть миниатюрных рачков-эуфаузиид, помещенных в стеклянную банку, излучают такое количество света, что человек с хорошим зрением свободно читает газету.

Свечение организмов может быть внутриклеточным и внеклеточным. Первый вид свечения встречается чаще. Оно свойственно массам одноклеточных организмов и бактериям. У высших ракообразных или рыб оно сосредоточено в особых органах — фотофорах. Внеклеточным свечением обладают, например, некоторые кальмары и креветки, выбрасывающие в качестве завесы светящуюся слизь.

Сейчас биохимики установили, что свечение происходит главным образом при окислении люциферином (протеин с большим молекулярным весом) люцифераза — вещества, близкого к витамину К. Оба эти вещества содержатся в специальных клетках организмов. Физическая сущность явления также понятна — это биолюминесценция, или живой холодный свет. При биолюминесценции энергия химической реакции, вызвавшей свечение, почти полностью переходит в свет без затраты на тепло. Коэффициент полезного действия свечения превышает 90 %.

Ранние теории объясняли свечение моря тем, что в море светится фосфор (отсюда понятие «фосфоресценция моря»). Существовала также гипотеза об отдаче водой поглощенного в светлое время суток солнечного света. Согласно «механической» точке зрения, свет излучается молекулами соли, трущимися о молекулы воды.

Механическое воздействие тех или иных раздражителей необходимо для высвечивания организмов. К ним относятся и движение воды, и трение о пузырьки воздуха, и прикосновение к посторонним, особенно движущимся, предметам. Только у рыб и некоторых высших ракообразных и моллюсков свечение обусловлено нервно-гормональной деятельностью. Заметим, что только свет бактерий не зависит от внешнего раздражения.