«Донные осадки — это летопись океана». Интервью с палеоокеанологом Дмитрием Борисовым

Наша планета не всегда была покрыта океаном. Ученые по сей день спорят, как на Землю попала вода, зато они точно знают, что океан все время двигался, менял свое местоположение и те места, где сейчас суша, когда-то были морем, и наоборот. Этими вопросами занимается палеоокеанология — наука о прошлом океанов. Что это за наука и какие тут удалось сделать важные открытия, рассказывает Дмитрий Борисов, ведущий научный сотрудник Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, кандидат геолого-минералогических наук.

— Вы работаете в лаборатории палеоокеанологии, исследуете древнюю жизнь океанов. Что удалось узнать?

— Я бы сказал, что изучаю историю океана и то, каким он был тысячи и миллионы лет назад. А был он очень разным. Например, в протерозое, миллиарды лет назад, когда еще не было организмов-фильтраторов, океан был гораздо мутнее и имел другой цвет. На Земле не было растительности, поэтому в океан поступало огромное количество пыли.

— Земля была безвидна и пуста...

— Можно сказать и так. Ну и, конечно, конфигурация океанов в том виде, в каком мы знаем сейчас, очень сильно менялась в геологическом прошлом: глубина, расположение, соотношение суши и океана. Но я вам привел пример из очень далекого прошлого, мы так далеко не заглядываем.

— А как далеко вы заглядываете?

— Мы заглядываем в прошлое на сотни тысяч, иногда миллионы лет назад. К сожалению, нет никаких привычных для нас источников знаний об этом древнем океане: лабораторных журналов, книг, флешек тех лет, жестких дисков. Поэтому мы вынуждены обращаться к природным архивам, способным записать изменения среды, пронести эту информацию через миллионы лет и предстать перед нашими глазами для расшифровки. Таких природных архивов существует много: это могут быть сталактиты в пещерах, ледники в Антарктиде или Гренландии, кораллы, а в нашем случае — донные осадки. Для нас это летопись, история океана, которую мы должны прочитать при помощи большого количества лабораторных методов.

— То, что я вижу на столе, — это как раз образец таких донных осадков?

— Да. Это донные осадки из Атлантического океана с глубины более 5 км.

— Выглядит как картина!

— Да, в этом есть определенная эстетическая ценность. Мы обращаем внимание на большое количество параметров: есть ли вообще изменения, меняются ли размер частичек, цвет, химический состав. На основании полученных результатов мы можем сказать, куда и как быстро двигались воды в океане, какие процессы формировали облик океанского дна и даже насколько он был комфортен для жизни, а также откуда в океан поступало осадочное вещество. Донные отложения — это рыхлые илы, покрывающее дно морей и океанов, и если вы когда-нибудь ступали ногой на мягкий ил в реке или озере, вы представляете, что это такое.

— И все эти материалы вы получаете в экспедициях?

— Да. Безусловно, геологи не могут работать без материала, без вещества, и, чтобы получать это вещество, мы отправляемся в экспедиции на пару месяцев на большом судне. Это как целый плавучий семиэтажный дом, который отправляется выполнять экспедиционные задачи с учеными разных специальностей. Мы используем парк наших проборов для отбора проб со дна. Они опускаются на дно на толстом стальном тросе при помощи мощнейших устройств, которые называются траловыми лебедками. Это могут быть дночерпатели, геологические трубы, всевозможные бокскореры (или коробчатые пробоотборники) и многое другое. Конечно, можно использовать и разные полуавтоматические станки, но это роскошь, доступная не всем.

— Вы поднимаете это с океанического дна, доставляете в лабораторию. Каким образом узнаете о возрасте этих донных отложений?

— Возраст — это отдельная область знаний. В первую очередь нам помогают мельчайшие существа, обитающие в океане, и они здесь на столе тоже представлены.

— Кто это такие?

— В частности, это фораминиферы и радиолярии. Что касается определения возраста отложений в океане, главный объект нашего исследования, — фораминиферы, одноклеточные существа, обладающие удивительно сложной раковиной. Передо мной модель из пластика, напечатанная на 3D-принтере. На самом деле, эти существа имеют значительно меньшие размеры — первые сотни микрометров, иногда меньше. В реальном размере они находятся в этой пробирке.

— И сколько их здесь?

— Даже трудно сосчитать. Мы смотрим на видовой состав этих чудесных существ в наших пробах осадков, поскольку в разные периоды времени жили разные виды фораминифер.

— Они микроскопические?

— Да, порядка 100 мкм. Некоторые бывают до 0,5 мм. Бывают и очень крупные древние фораминиферы размером с монету, так называемые нуммулиты, тоже представляющие собой одноклеточную форму жизни. Кстати, из нуммулитового известняка построены египетские пирамиды.

— Как давно они живут на нашей планете?

— С самого кембрия, больше 500 млн лет — гораздо дольше, чем человек. Но при этом они играют чрезвычайно важную роль для нас в современности как источник знаний об океане прошлого, о возрасте тех отложений, который мы вскрываем нашими трубками.

— Каким образом они об этом рассказывают?

— В первую очередь это видовой состав: разные виды жили в разное время. Кроме того, мы можем анализировать изотопный состав их раковин. Они состоят из карбоната кальция (СаСО₃). И если мы изучим изотопы углерода и изотопы кислорода радиоизотопными методами, мы можем получить радиоуглеродные датировки и определить возраст этих раковинок в верхней части осадочного разреза.

— Как они менялись?

— Фораминиферы и микропалеонтология — это отдельная область знания, которой занимаются другие сотрудники нашей лаборатории. Я стараюсь не ступать на их территорию, чтобы не допустить ошибок. Я в основном занимаюсь минеральным веществом донных осадков. Если бы меня спросили, что самое главное нужно знать о донных осадках, я бы ответил: наверное, то, что они покрывают огромные площади в океане. Их толщина (геологи не любят слово «толщина», они говорят «мощность») может быть от нескольких сантиметров до километров в разных районах океанов. Эти осадки состоят из остатков морских организмов, продуктов разрушения пород суши, наземной органики, продуктов вулканических извержений и даже из частичек космического вещества. Некоторое время назад в нашу лабораторию обратились коллеги, занимающиеся космическим веществом, и для того чтобы его изучить, получить данные о далеком космосе, им пришлось заглянуть в северо-западную часть Атлантического океана.

— Почему?

— Потому что частицы, падающие на нашу планету из космоса, попадают в океан как в некое хранилище, и для них это гораздо более сохранные условия, чем на суше. На дне есть возможность накопиться в гораздо большей концентрации, чтобы их можно было обнаружить. Космические частицы изучают, например, в донных отложениях на Байкале, в Атлантическом океане, особенно в областях, где этот осадок накапливается очень медленно.

Все эти частички, о которых я говорил, могут попадать в океан разными способами. Их в первую очередь приносят реки, ветер, деятельность вулканов. Ледники и айсберги тоже вносят существенный вклад в морское осадконакопление. Есть разные механизмы доставки осадочных частиц на дно: они могут долго и медленно опускаться через водную толщу в спокойном режиме либо стремительно погружаться в глубокий океан под действием подводных лавин или оползней. Переносить частицы и отлагать осадок на дне также могут придонные течения — это то, что я изучаю. Осадки могут под влиянием описанных процессов накапливаться и формировать летопись океана. Те процессы, о которых я говорю, можно рассматривать как способы, которыми океан пишет свою историю. У него много таких возможностей.

— Какие были самые необычные ваши находки?

— Наверное, всегда интересно наблюдать, когда ты поднимаешь какую-то жизнь. Мы не биологи, для нас вся жизнь, которую мы поднимаем с больших глубин, очень необычная: это морские ежи, кораллы, морские тараканы…

— Тараканы там тоже есть?!

— Да, но выглядят они очаровательно. Наверное, самое большое впечатление всегда оставляет наблюдение слоев в колонках донных осадков. Это отдельное эстетическое удовольствие. Колонки из Центральной и Восточной Атлантики имеют потрясающую текстуру и окраску, они вызывают удивление, когда их открываешь. Они же все пронизаны ходами донных животных. Мы даже можем увидеть на наших образцах маленькие ходы, которые проделала в них жизнь. Эти донные животные предпочитали разные условия. И мы, изучая их следы, можем реконструировать условия, в которых они жили.

— Существуют разные гипотезы возникновения жизни на нашей планете. Одна из самых распространенных, которую нам преподавали в школе: она возникла в океанах. Как вы считаете, это действительно так?

— Я думаю, да. Во всяком случае, первые, самые древние остатки жизни, которые человек обнаружил на данный момент, относились к водной среде. Это так называемые строматолиты — свидетельства жизнедеятельности первых цианобактерий. Самые древние строматолиты имеют возраст больше 3,5 млрд лет. Они, конечно, могли жить только в первых протоокеанах или в первых подобиях современных водоемов, которые довольно быстро (в геологическом смысле) появились на Земле после формирования нашей планеты. 

— А как вы себе представляете, как они там появились?

— Я несколько раз читал об абиогенных теориях происхождения жизни (формирование органических молекул из неорганики), но, конечно, до сих пор с трудом себе это представляю. Тут есть вопрос о черных и белых курильщиках на океанском дне. Это горячие источники, снабжающие эти организмы необходимой для жизнедеятельности энергией. Ученые сейчас рассматривают их как возможные модели для формирования жизни на нашей планете, но, может, не на таких больших глубинах, как у современных гидротермальных систем.

— Вы упомянули космическое вещество. Одна из распространенных точек зрения гласит, что именно космос становится поставщиком будущей жизни на землеподобные планеты. Как вы думаете?

— А вы знаете, что есть еще комическая теория возникновения самого океана? Казалось бы, откуда на Земле такое количество воды, откуда появились первые океаны? На этот счет есть две точки зрения, а истина, как всегда, наверное, где-то посередине. Это либо бомбардировка Земли кометами, с которыми на планету попадало большое количество льда, либо дегазация мантии. В недрах нашей планеты в кристаллическом веществе минералов содержится довольно много воды. И пар, который мы наблюдаем при извержении вулканов, как раз служит доказательством этого утверждения. Видимо, дегазация мантии и земной коры стала главным источником возникновения океанов. А уже океаны стали средой для возникновения жизни на планете.

Есть мнение, что, поскольку мы все состоим из элементов, синтезированных глубоко в космосе, в сверхновых, то мы — это космос, который изучает сам себя. Мне кажется, это сказал Карл Саган, физик, популяризатор науки. Думаю, он не совсем прав. Поскольку мы на 60% состоим из воды, то мы скорее океан, который изучает сам себя.

— У вас на столе лежит толстая старинная книга. Что это такое?

— Это настоящий раритет — отчет важнейшей в истории океанологии экспедиции с научного судна «Челленджер», которую организовали британцы. Она продлилась четыре года — с 1872 по 1876 г. и заложила основы комплексной океанографии, подходы и методы той науки, которой я занимаюсь. Удивительное было время. Когда это читаешь, испытываешь восторг. Здесь потрясающее качество полиграфии, зарисовок, далеко идущих мыслей. Когда читаешь такие книги, главное — не думать, что Джон Меррей, главный геолог на этом судне, был в моем возрасте, когда делал эти потрясающие открытия, определившие развитие морской науки на несколько веков вперед.

— Становится немножко завидно?

— Конечно. Но Джон Меррей обрабатывал результаты четырех лет своей экспедиции в течение 20 лет.

— Что за аппаратуру вы используете для исследований? Вы ее сами делаете или это покупные приборы?

— Как правило, покупные. Мы можем делать сами расходные материалы — это камерки, крепления и небольшие приборы. Геология — это работа с очень сложным, тяжелым оборудованием. Это геологические трубы массой 2,5 т, километры тросов. На барабанах наших лебедок намотано по 6–8 км стального троса диаметром до 18 мм. Важное для нас оборудование вмонтировано прямо в судно — это всевозможные эхолоты и профилографы. Океан огромный. Чтобы выбрать точку, где нам отобрать тот или иной образец, надо сильно постараться: изучить рельеф, посмотреть на дно, есть ли там донные осадки, те самые природные архивы. Кроме того, океанология — наука комплексная, никуда от этого не уйти, и мы работаем в очень плотной связке с физиками океана, изучающими течения и свойства воды, и у них отдельная сложная и тяжелая аппаратура. Наше оборудование в лаборатории — это большие двухтонные сканеры керна, дифрактометры рентгеновские, лазерные, рентгеновские флюоресцентные анализаторы… К счастью, мы укомплектованы практически всем, что нам нужно, и чувствуем себя хорошо. Конечно, не хватает оборудования для изучения изотопов кислорода в этих мельчайших раковинках, изотопов углерода.

— У вас достаточно тяжелая работа, часто монотонный, не очень творческий труд. Тем не менее вы об этом рассказываете с горящими глазами. Что вас так вдохновляет в вашей работе?

— Все-таки это напоминает некое творчество: выбор точки, где берется станция, выбор методов анализа, в которых мы ограничены, изготовление всевозможного сопутствующего оборудования. И, конечно, это эмоции, которые больше невозможно получить нигде. В экспедициях испытываешь это редкое ощущение, когда ты что-то видишь в первый раз, что-то узнаешь, до чего-то додумываешься, до чего до тебя никто не смог. Или когда ты ставишь точки на карте — и туда идет огромное судно водоизмещением 6,5 тыс. т. Это потрясающее чувство. Но при этом есть обратная сторона медали: если что-то идет не так или твои гипотезы не всегда срабатывают, физически ощущаешь, как в двигателе этого судна горят деньги налогоплательщиков.

— Есть чувство личной вины?

— Безусловно. Хотя и понимаешь, что без ошибок большую науку делать невозможно, но при этом очень остро чувствуешь цену этой ошибки, особенно когда это сопряжено с риском. Работа на палубе — всегда определенный риск. Конечно, мы полностью соблюдаем технику безопасности, но, тем не менее, это море, океан. Если что-то с вами случится, до берега идти пять дней на полном ходу. И ты своим любопытством вовлекаешь людей в эту работу, подвергаешь их опасности, когда организуешь экспедицию, и это тоже ответственность, которая висит на тебе большим грузом. По этой причине перед первой станцией (началом забортных работ) в экспедиции я очень плохо сплю, волнуюсь. За год немного отвыкаешь от этого экспедиционного состояния.

— Наверное, хорошо, что это чувство первооткрывательства не утрачено людьми за столько веков их существования.

— Если глубоко посмотреть в себя, иногда думаешь: действительно ли это достоинство? Ученый должен обладать не только достоинствами, но и недостатками.

— Какими?

— Думаю, главный недостаток, который нужен, чтобы стать ученым, — это тщеславие. И вот здесь думаешь: это говорит любопытство или тщеславие — увидеть что-то первым, застолбить за собой и быть первым автором в статьях? Наверное, это смесь того и другого, без которой человечество вообще не развивалось бы и осталось в пещерном состоянии.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ