Предисловие

Спрашиваем... знаком ли он с трудами выдающегося советского биофизика В. И. Вернадского, разрабатывающего интересующую его проблематику. - О, в самом деле? Запишите мне, пожалуйста, это имя, обязательно почитаю.

Ю. Архипов

Однажды перед авторами этой книги была поставлена необычная задача: определить районы вероятного концентрирования жизни в глубинах океана, не располагая никакой биологической информацией. Чтобы как-то подойти к решению такой задачи, надо было, анализируя распределение концентрирования жизни в хорошо изученной части океана - его верхнем слое, отыскать общий признак. Оказалось, что такой, общий для всех районов океана, признак существует: жизнь концентрируется и наиболее активна преимущественно в слоях, прилегающих к внешним и внутренним границам раздела в океане - свободной, жидким и твердым. Причем, как правило, пограничные слои, ближе всего расположенные друг к другу, отличаются большим богатством жизни (и наоборот). На это уже можно было ориентироваться.

Довольно долго сообщения об этих результатах ученые (и биологи, и химики, и даже многие географы) воспринимали как недоразумение и даже как нелепость. Однако постепенно начали появляться подтверждения, а океанолог В. Л. Лебедев, наиболее далекий от биологии и химии среди авторов этой книги, неожиданно обнаружил, что это было установлено полвека назад В. И. Вернадским, решавшим задачу, похожую на нашу, и описано им как основная черта биологической структуры океана.

Мысли великого геохимика и натуралиста о структуре океана и о роли пограничных слоев в ее формировании были прочно забыты. И не без основания: когда Вернадский создавал свою концепцию структуры океана, еще не было схем распределения планктона, а о физических, химических и биологических эффектах пограничных слоев в океане почти ничего не знали. Подбирая сведения об этих эффектах, чтобы на современном материале рассмотреть действительные основания концепции Вернадского, мы обнаружили явные следы назревающей в океанологии революции.

Увлечения морских физиков, химиков и биологов всегда очень различались. Но в последнее время они вдруг как по команде стали концентрироваться вокруг двух вопросов: системного описания океана и внешних и внутренних границ раздела - макро- и микроскопических. Связь между этими вопросами, казалось бы, трудно предположить. И все же она есть, а обращение ученых именно к этим вопросам не случайно. Границы раздела в океане, как, по замечанию морского химика Р. Хорна [1972], и границы между науками, являются важными ориентирами в его многоаспектном системном описании. Возможно, что на первых порах значение этих вопросов несколько преувеличивается.

Гидрофизики-теоретики стали говорить: «Дайте нам падежную информацию о процессах взаимодействия на границе раздела океан - атмосфера, и мы создадим точную модель циркуляции вод в океане и, кроме того, поможем сделать точными прогнозы погоды». Обнаружились резкие скачки всех свойств воды в поверхностной пленке океана. Ее термические особенности тщательно исследовали советские океанологи С. П. Малевский-Малевич, Г. Г. Хунджуа и Е. Г. Андреев, А. В. Шумилов и Ю. Л. Черноусько и описали в 1967 - 1977 гг. В английской литературе поверхностная пленка получила название скин-слоя, или кожного слоя, океана (см. Куфтарков, Нелепо, Федоровский, 1978). Появились данные о том, что мелкомасштабные скачки свойств возникают и па удалении от границ раздела. Интересные обобщения по этому вопросу даны в работах К. Н. Федорова [1975] и А. С. Монина [1973]. Наконец, В. И. Беляев [1978], разрабатывая математическую теорию сложных геосистем, считает необходимым учитывать, что оболочки Земли представляют собой гетерогенные дисперсные системы и что морским организмам свойственно концентрироваться в пограничных областях, где условия среды отвечают возможностям их обитания.

Не менее решительный поворот наметился и в химии океана. Р. Хорн [1972], обвиняя гидрохимию в том, что она до последнего времени занималась относительно второстепенными вопросами, замечает: она представляет собой почти исключительно химию поверхностей раздела. В моделях самоочищения биосферы от химических загрязнений теперь учитывают толщину верхней «ламинарной» пленки и пограничного слоя океана.

Еще в 1939 году гидрохимик Б. А. Скопинцев, изучая морскую пену, первым обнаружил необычные биохимические свойства поверхностной пленки океана. Сейчас это область интенсивных исследований во всем мире, приносящих все новые и неожиданные результаты. Первой неожиданностью явилось сгущение жизни в поверхностной пленке моря. Раньше она считалась почти безжизненной из-за сильной радиации. Пионерами изучения организмов пленки стали Ю. П. Зайцев и А. И. Савилов.

По мере роста интереса к пограничным слоям становится все очевиднее, что пока удалось обнаружить лишь незначительную часть пограничных эффектов.

Если физические и химические эффекты пограничных слоев, как правило, недоступны непосредственному наблюдению, то биологические эффекты очевидны, они давно обратили на себя внимание и уже зафиксированы в способе группирования организмов на нейстон, бентос, перифитон, прибрежные сообщества. Тем удивительнее, что связь биологических особенностей с физическими и химическими особенностями пограничных слоев до сих пор не исследована. Авторы надеются, что эта книга, написанная химиком, физико-океанологом и биологом, много лет изучающими океан, даст материал для размышления на эту тему. С нею оказываются прямо или косвенно связанными такие важные вопросы, как структура океана и распределение в нем жизни, биологическая продуктивность океана и пределы способности перерабатывать загрязнения, особенности функционирования морских экосистем, биогеохимические циклы элементов и колебания климата, и авторы старались не избегать их. В книге «Океан как динамическая система» [Лебедев и др., 1974] авторы сравнивали океан с живой клеткой, здесь роль организующей концепции переходит к граничным поверхностям как главным элементам структуры этих динамических систем.

Одна из исследовательских трудностей, в значительной степени связанных с поверхностями раздела и пока редко осознаваемых, заключается в своеобразном явлении принципиальной «неопределенности» морских экосистем, напоминающем хорошо известный принцип неопределенности в физике элементарных частиц. Оказалось, что экспериментальную экосистему (лабораторную модель), подобную природной одновременно по всем гидродинамическим, химическим и экологическим критериям подобия, создать невозможно. Это обстоятельство выдвинуло на первый план такое исследовательское средство, как математическое моделирование, и такую методологическую ориентацию, как системный подход. Обращаясь к этим вопросам, авторы старались не выходить за рамки программы по математике университетских курсов химических, биологических и географических факультетов.

Введение и глава 1 написаны Т. А. Айзатуллиным и В. Л. Лебедевым, остальные главы и заключение - тремя авторами.

Отмечая выше некоторые из фамилий отечественных ученых, внесших серьзный вклад в физику, химию, биологию пограничных слоев океана или даже заложивших основы целого направления исследований, авторы этой книги вспоминали слова А. Богданова [1912], предпосланные его книге, которая положила начало системо-логии: «Возможно, что другие лучше выполнили бы дело; но этих других приходится ждать». Авторы надеются, что читатель с пониманием отнесется к трудностям написания такой книги, и будут признательны за все замечания о ней.

Авторы благодарят за внимание и поддержку профессора А. Д. Добровольского, академика К. К. Маркова, профессора Ю. Г. Саушкина, докторов географических наук В. Р. Фукса и А. В. Некрасова, а также члена-корреспондента АН УССР В. И. Беляева, сделавшего много интересных и полезных замечаний. Весьма полезными для авторов оказались критические замечания профессоров М. Е. Виноградова и Б. А. Скопинцева, а также кандидата биологических наук Н. Г. Виноградовой. Авторы выражают им свою признательность. Авторы благодарят Н. Рожкову и Л. Перочинскую за большую помощь в подготовке рукописи.