Чёрное море: уникальная и загадочная экосистема

Правда ли, что двуслойное Чёрное море – это единственный след праисторического океана Тетис на Земле? Замешано ли оно во Всемирном Потопе? Как украинские учёные спасли Чёрное море от печальной участи хранилища ядерных отходов? Почему в нём не водятся осьминоги? На все эти и другие вопросы ответил директор Национального антарктического центра Украины и морской биолог по специальности, кандидат биологических наук Евгений Дикий в ходе лектория «Наукові зустрічі / Scientific meetings / Scientia conventibus».

Неповторимость и принципиальное отличие Чёрного моря от всех остальных морей на планете начинается с его геологической истории. Нашему морю десятки миллионов лет; Чёрное море вместе со Средиземным и Каспийским является остатком древнего океана Тетис, который в мезозое, эпоху динозавров, разъединял северный и южный праконтиненты, Лавразию и Гондвану. Далее они раскололись на отдельные материки, которые двигались по планете и появлялись молодые океаны, такие как Атлантический, а старый океан Тетис постепенно сжимался, пока от него не остались Средиземное и Чёрное моря и Каспийское море-озеро. Это три фрагмента от океана Тетис, в котором плескались палеозавры и ихтиозавры. То есть это море, которое просуществовало с Юрского периода и в таком виде существует до сих пор.

Этим обстоятельством определяется и глубина Чёрного моря. Большинство морей всередине континентов, такое как Балтийское или то же наше Азовское – это шельфовые моря. То есть, фактически, кусок континента, залитый водой; кусок континента, оказавшийся ниже уровня моря. Чёрное море абсолютно другое, наша глубина 2200 метров – это классические океанские глубины. Да, мы уменьшенный, да, зажатый с обеих сторон двумя континентами — Европой и Азией, — но всё-таки это последний фрагмент океана.

Но на состав воды и сероводородный слой оказали влияние события более недавней истории. На протяжении последних пары сотен тысяч лет в истории Чёрного моря чередовались два периода: когда оно было либо соединено с мировым океаном, либо когда представляло собой абсолютно изолированное озеро. Как минимум, нам известно по 4 таких периода. Это и повлияло очень сильно на формирование водной массы. Каждый раз, когда Чёрное море было отъединено от мирового океана и было соединено с Азовским, Каспийским и уже не существующим Аральским в Средней Азии, оно становилось сильно распреснённым. Озеро, в которое впадает множество рек, причём рек мощных, образованных вследствие таяния ледников, становилось по солёности примерно как нынешний Днепро-Бугский лиман. И в нём формировалась своя очень специфическая флора и фауна, адаптированная к таким низким показателям солёности.

Самыми яркими примерами такой фауны являются осетровые рыбы. Даже сейчас их жизненный цикл нам показывает, в каких условиях они формировались. Если взрослый осётр выдерживает довольно широкий диапазон солёности, от фактически пресной воды до океанской, то молодняк осетровых может нагуливаться только при солёности 2-4 промилле (если сильно упрощать, то это количество граммов соли на литр воды). Солёность океана 33-34 промилле, средняя солёность современного Чёрного моря 18 промилле. А в прошлом, соответственно, его солёность, когда оно отъединялось от мирового океана и принимало в себя огромное количество воды из тающих ледников, была вчетверо меньше!

Потом открывались протоки, которые соединяли его с океаном – кстати, не обязательно по тому же маршруту, как сейчас, — и туда заходила фауна более солёноводная. Один из эпизодов такого соединения Чёрного моря с мировым океаном произошёл на пике последнего ледникового периода, соответственно, зашли холодноводные виды. Их выжило очень мало, они составляют всего 1% от современной флоры и фауны Чёрного моря. Например, это все тресковые, выходцы из северной Атлантики. А также один из трёх видов обитающих у нас китоподобных – дельфин-азовка.

Наиболее известным является последний эпизод, когда через проливы Босфор и Дарданеллы Чёрное море соединилось со Средиземным и, таким образом, с мировым океаном. Это произошло сравнительно недавно, 6-7 тысяч лет назад – это уже время существования известных нам античных цивилизаций и части этносов, которые живы до сих пор. Есть достаточно оснований считать, что именно это соединение Чёрного моря со Средиземным породило библейской легенды про Всемирный потоп. Судя по всему, после очередного землетрясения одно из ущелий стало проливом Босфор, и котловина Чёрного моря заполнялась водой с очень большой скоростью. Реально людям пришлось всё бросать и бежать с берегов, которые стремительно затапливались – как если бы кран открыли. И эти люди и разнесли легенду о великом потопе, которую мы знаем в библейским пересказе.

За пару десятков лет Чёрное море обрела знакомые нам очертания берегов. И в то же самое время произошло расслоение его воды на две разных толщи, которые, конечно же, перемешиваются между собой, но перемешиваются довольно медленно. Более тяжёлая солёная вода втекает из Босфора и по континентальному склону стекает на дно Чёрного моря, вытесняя на поверхность более лёгкую пресную воду, которая образуется речным стоком Днепра, Дуная и Буга – а через Азовское море, ещё и Дон.

Собственно, Чёрное море настолько распреснено, по сравнению с мировым океаном, что площадь самого моря (соответственно, площадь испарения) в 5 раз меньше, чем площадь его водосборного бассейна.

Но, как уже было сказано, распреснено оно неодинаково по глубине. Нижний слой «торта» Чёрного моря более солёный, а чем ближе к поверхности, тем вода преснее.

Одна из историй, которые мало знают – история о том, как украинские учёные спасли Чёрное море. В 1960-х годах в Советском Союзе был абсолютно безумный проект сделать в глубине Чёрного моря захоронение ядерных отходов. В основе была идея, что там два слоя воды, которые абсолютно между собой не перемешиваются. Соответственно, если мы будем складировать радиоактивные отходы на дне Чёрного моря, то на поверхность никогда ничего не попадёт. И вот именно тогда учёные из Института биологии южных море АН УССР в Севастополе во главе с академиком Поликарповым разработали ряд на то время блестяще инновационных экспериментов непосредственно в открытом море и смогли показать, что за период приблизительно 400 лет всё-таки вся вода в Чёрном море перемешивается и полностью замещается одна другой. 400 лет это, конечно, медленно, но с точки зрения сохранения ядерных отходов это очень далеко от периода их распада. Поэтому от этого сумасшедшего проекта, к счастью, отказались, и Чёрное море не превратили в огромный Чернобыль. Замечу, что в 60-70-х выступить против такого масштабного проекта Минэнергоатома было очень непросто – требовалось иметь беспримерное мужество, кроме научных знаний.

Это обстоятельство двуслойности влияет на растворимость кислорода. В нижний слой не заходит кислород с поверхности и в условиях его дефицита там создаются анаэробные условия. И это и есть сероводородный слой. Такое явление само по себе не уникально, оно есть в некоторых 3-километровых котловинах в соседнем с нам Средиземном море, есть в норвежских фьордах, но там это небольшие впадины. А у нас так вышло, что вся центральная котловина представляет собой такой гигантский полуизолированный фьорд.

Часто в популярных источниках можно услышать, что в сероводородном слое отсутствует жизнь. Это не так с точностью до наоборот. Жизнь там бурлит, но это не рыбки, не дельфины – не многоклеточная жизнь. Там мы видим уникальный заповедник: какой была земля много миллиардов лет назад, до того как зелёные растения напродуцировали в процессе фотосинтеза кислородную атмосферу. До того, как Земля «окислилась», она имела богатую анаэробную биосферу, которая состояла исключительно из прокариотов. Но по количеству биомассы, по интенсивности биохимических процессов она ничем не уступала привычной нам кислородной биомассе.

Так что, если мы погружаемся глубже, чем на 120-150 метров в Чёрном море, можно сказать, что мы пользуемся машиной времени и оказываемся посреди жизни, которая была на планете Земля до появления кислородной атмосферы. Это интересно с научной точки зрения: можно выучить эти архаические формы жизни. Но также это сейчас имеет прикладной интерес, поскольку это, фактически, астробиология: мы получаем возможность изучать формы жизни на тех планетах, которые не имеют кислородной атмосферы. А по данным астрономов, таких планет намного больше, чем планет «окисленных». Так что очень даже может быть, что мы сейчас изучаем те формы жизни, которые встретятся землянам на Марсе, на Венере или ещё где-то. И в этом плане наше море тоже является уникальной лабораторией. Вопрос в том, что это не прямо «под бережком», чтобы изучать черноморскую астробиологию, нужно выходить именно в открытую часть моря и при этом иметь судно, оборудованное достаточно длинными лебёдками, чтобы можно было прибор опускать на значительные глубины. Время от времени это, впрочем, происходит, даже мне выпадало удовольствие работать на таком судне.

Научная работа морских биологов

Таким образом, в Чёрном море между собой взаимодействуют группы организмы разного происхождения: частично реликты, о которых мы уже говорили, частично более современная фауна, таких как самый маленький из трёх видов черноморских дельфинов азовка, а 80% — это «понаехавшие»: те, что зашли из Средиземного моря в последние 7 тысяч лет. Это и два других вида дельфинов — афалина и белобочка, — и абсолютное большинство видов рыб (камбала, ставрида, сардина), и большинство видов раков.

Фильтр, кстати, работает очень мощный. Водоросль цистозира — большие бурые кусты, которые растут на скалах, и даже взрослый человек за них может цепляться, чтобы вылезти на берег – в Средиземном море насчитывает 38 видов, а в Чёрном смогли выжить только 2. Приблизительно такой процент и рыб, и раков способны выдержать барьер низкой солёности и зайти из Средиземного моря в Чёрное. Некоторые, даже целые группы организмов, не могут зайти вообще: почему у нас нету осьминогом, кальмаров, морских ежей и морских звёзд – их удерживает этот барьер.

Возникает вопрос: а зачем, вообще, заходить? А дело в том, что те, кто зайдут в эти распреснённые воды, получат значительные преимущества. Чёрное море, хоть и холодное зимой, очень сытное. Речной сток выносит в Чёрное море намного большее количество питательных веществ, в первую очередь, азота, фосфора и железа, чем выносит крохотный речной сток по берегам Средиземного моря. Соответственно, есть на чём бурно разрастись одноклеточным водорослям, а дальше уже выстраивается вся пищевая цепочка, которая включает и больших рыб, и дельфинов, и собственно человека как потребителя морепродуктов.

Таким образом, Чёрное море отличается намного более жёсткими условиями, но зато оно значительно сытнее. И до того, как человечество превратило Босфор и Дарданеллы в транспортный коридор, кде уже тяжело даже стало разминуться суднам, такое их количество находится там одновременно – до этого целый ряд видов осуществлял регулярные миграции. Сейчас никто из нас даже не слышал, что в Чёрном море ловят такую большую и очень вкусную рыбу, как тунец. А до того, как Босфор и Дарданеллы стали «логистическими хабами», популяции тунца регулярно по весне заходили в Чёрное море, как следует наедались, а дальше на зиму уходили в более тёплое Средиземное море. Так же делали ряд рыб помельче, например, ставрида.

Кстати, сейчас есть шанс, что это возобновится. Президент Турции Эрдоган активно строит канал «Истанбул», он хочет перебросить значительную часть судоходства в искусственный канал, который в 2023 году должен быть сдан в эксплуатацию. Он это делает из политических и экономических соображений: на искусственный канал не будет распространяться международное законодательство о проливах. Но я как биолог смотрю на это турецкое строительство с большой надеждой! Если, действительно, искусственный канал заберёт на себя хотя бы 80% судоходства, то могут возобновиться регулярные миграции через Босфор и мы, кроме черноморской популяции, получим популяции, которые живут на 2 моря: зимуют в Средиземке, а летом откармливаются у нас.

У нас сейчас подобные миграции сохраняются между Азовским и Чёрным морями. Хамса, а следом за ней и дельфины, по весне заходит в Азов, летом там откармливается, а потом на зиму «сбегает» под берега Грузии и Турции. В большем масштабе то же самое может возобновиться и между Чёрным и Средиземным морями – будем на это надеяться.

Лучшие акватории для развития аквакультуры на сегодняшний день, увы, физически Украиной не контролируются. Из того, что мы контролируем, серьёзные перспективы имеет развитие аквакультур лагунного типа в лиманах севера Чёрного моря: разведение устриц и мидий, камбалы глоссы и, возможно, калкана. Лиманные хозяйства с регулируемым притоком морской воды – это то, что на сегодня технически может быть достигнуто. Примером успеха тут может являться Турция, которая в таких же условиях разводит завезенных из Средиземья сибаса и дорадо, 90% этих рыб на рынке – аквакультура с турецкого побережья Чёрного моря.

Антропогенное влияние на экосистему Чёрного моря определяется теми же характеристиками, которые определяют его природу. Помним: огромный речной сток, в 5 раз превышающий площадь самого моря, и узенький пролив, который соединяет Чёрное море с мировым океаном. То есть, с очень большой площади поверхности собирается весь мусор, все загрязнители, сносятся речным стоком в относительно небольшое Чёрное море – и дальше оттуда попасть уже никуда не могут: просто не пройдёт через узкий Босфор. Так что экологически Чёрное море впятеро уязвимее, чем в среднем мировой океан.

Мы часто живём в своём воображении в том мире, которого уже нет. Если спросить людей, какая у них первая ассоциация с загрязнением моря, то первое, что услышим – это будет про разливы нефти. Да, время от времени всё ещё происходят катастрофы, как в Мексиканском заливе или как танкер недавно перевернулся возле Одессы. Но сейчас нефтяное загрязнение уже является не такой острой проблемой, как это было в ХХ веке. В первую очередь, потому что очень повысились требования к безопасности судоходства, собственно, к конструкции суден относительно разлива нефтепродуктов.

Но вместо того появился другой загрязнитель, уже не нефть, а производное от нефти: разные виды пластика. На сегодняшний день «убийцей морей» является именно пластик. В чём суть проблемы? Мы пользуемся в быту огромным количеством пластика, а в воде он практически не разлагается. Точнее, разлагается, но за период от 400 до 800 лет… Сколько весенние паводки выносят из Карпат в сторону моря – это выглядит просто как ледоход! Миллионы пластиковых бутылок, упаковок биологически не распадаются, они дробятся на мелкие фракции, пока не достигают размера микропластика. Его не видим не только мы, его не способны отличать от микроводорослей жители моря – ну, они не эволюционировали миллионы лет в соседстве с пластиком, у них нету механизма, как отличить кусок пластика от такого же размера съедобной водоросли или бактерии. И таким образом, планктон начинает гибнуть от голода посреди очень сытных, кормных вод, потому что весь его желудок вместо еды забит микропластиком. А соответственно, гибнет планктон – гибнут все, кто им питается, и так утрачивается вся пищевая цепочка.

Какой масштаб этой проблемы? Экспедиции 2016 и 2018 года показали, что по загрязнению пластиком в Европе мы на сегодня рекордсмены: уровень загрязнения у нас ровно вдвое выше, чем в Средиземном море.

Также исследования показали, насколько производные от большой фармакологии и парфюмерии вредят морю. Часть компонентов лекарств, например, антидепрессантов, кремов для загара являются крайне стойкими: в водной среде они не распадаются десятилетиями и накапливаются по пищевой цепочке. То есть, если в самой воде их не много, то в водорослях их будет больше, в рачках их будет уже на порядок больше, чем в водорослях, и в результате уже мы как конечный потребитель получаем обратно приличную дозу того, что слили из бытового стока. На сегодня в Чёрном море мы насчитали 147 стойких органических загрязнителей, в том числе это продукция сельского хозяйства (гербицидов и пестицидов).

К счастью, здесь есть очень жёсткая политика Евросоюза, и когда ЕС получает чёткие, научно подтверждённые данные о том, что то или иное вещество ведёт себя как стойкий загрязнитель, который накапливается в тканях обитателей водных экосистем, то принимаются меры по запрету употребления таких веществ. Я думаю, что в ближайшее время и у нас будет введен ряд регуляторных актов Еврокомиссии и хотя бы несколько веществ из этого списка удастся на какое-то время ликвидировать.

Ещё Чёрное море крайне нестойкое к так называемому «биологическому загрязнению» — ввозу чужеродных рыб, особенно тем, которые у себя дома живут в эстуариях и дельтах рек. То есть, есть целый ряд рыб, которые адаптированы и к солёному океану, и к пресной воде, живя на переходе. Но там они не представляют проблем. А у нас, где всё море как эстуарий реки, эти виды могут абсолютно неконтролируемо развиваться и уничтожать нашу местную флору и фауну. К сожалению, в истории нашего Чёрного моря было уже несколько подобных массовых случаев. Наиболее известные случаи – завоз моллюска рапаны, который у себя дома в Японском море чуть ли не краснокнижный вид. А у нас, имея очень комфортную солёность и практически ни одного врага, рапана практически полностью съела черноморскую устрицу и черноморскую мидию.

Когда Советский Союз в 80-х годах закупал хлеб в Канаде, с балластными водами больших трансконтинентальных зерновозов завезли мнемиопсиса. Он похож на медузу, но овальный, как огурец. Летом вы могли их видеть. Это внешне нежное создание питается тем же планктоном, что и промышленные рыбы, плюс плавающей икрой — поэтому с завозом мнемиопсиса уловы хамсы, которая составляет основу пищевых цепочек Чёрного моря, упали в 15 раз. А пропорционально и уловы тех рыб, которые питаются хамсой. В этом плане Чёрное море является одним из самых незащищённых: именно из-за своей эстуарной солёности оно уязвимо к тем видам, которые у себя дома лимитированы только устьями рек, а у нас они могут сразу распространиться по всему морю. Чтобы справиться с этой проблемой, сейчас устанавливается жёсткая регламентация того, как часто корабль должен менять балластные воды за время прохождения маршрута, чтоб не было такого, что он набрал их где-то в Атлантике, а вылил аж в Чёрном море. По дороге он должен несколько раз их поменять – это существенно снижает риск таких «завозов», хотя полностью их исключить мы, конечно, не можем.

Инструментарий, который наработал Евросоюз по методам оценки состояния морских экосистем, включает 11 дескрипторов, чтобы посчитать которые, необходимо замерять 62 конкретных индикатора, то есть параметра среды, от температуры и солёности до отношения видов между собой. Мы этот инструментарий сейчас адаптируем к экосистеме Чёрного моря. Так что оценка состояния экосистем «на выпуклый морской глаз» уходит в прошлое.

Резюме же моего доклада следующее. Море борется за себя, оно ещё пытается обновиться, и потенциал для этого у него есть – если прекратится наличествующая нагрузка.

От редакции: доклад переведен с украинского языка. Вся инфографика, фото- и видеоматериалы предоставлены «Граниту науки» организатором лектория, старшим научным сотрудником Института исследований научно-технического потенциала и истории науки им. Г.М. Доброва при Президиуме НАНУ Сергеем Жабиным.