Почему вода в морях и океанах светится по ночам?
Вода у берегов морей и океанов в ночное время иногда начинает светиться. В некоторых случаях это явление оказывается настолько красивым, что возникает ощущение, что побережье превратилось в звездное небо. Люди заметили это явление очень давно и ученые уже знают его причину. Дело в том, что в водах морей и океанов обитает огромное количество микробов и некоторые владеют биолюминесценцией. Так называется способность живых организмов испускать свет. Увидеть так называемое свечение моря можно в любом уголке нашей планеты — главное, чтобы вокруг было темно и в воде имелись светящиеся организмы. Но в будущем наши потомки могут и не увидеть этой красоты, потому что животные рискуют лишиться своей удивительной способности. Ученые провели исследование и выяснили, из-за чего это может случиться и как утрата биолюминесценции отразится на жизнях светящихся созданий.
Свечение моря, о котором сейчас пойдет речь, выглядит так
Светящиеся животные
Способностью светиться обладают разные виды живых организмов. Свет возникает в специальных светящихся органах. Например, на большой глубине обитают рыбы-удильщики, которые привлекают добычу при помощи свисающего «фонарика». Органы свечения у рыб называются фотофорами. У насекомых свет возникает в специальных клетках в результате химических процессов. А бактерии светятся благодаря процессам, происходящим в цитоплазме — полужидком содержимом клеток.
Удильщик также известен как морской черт
Как правило, на берегу морей и океанов свечение создается планктоном. Так называются крошечные живые организмы и растения, которые обитают в воде и двигаются исключительно силой течения. В их случае свечение является результатом физико-химических процессов. Во время движения планктон как бы трется об воду, из-за чего возникает электрический разряд. Именно он и образует свечение внутри клеток организмов. Если кинуть камень в светящуюся воду, трение усилится и возникнет вспышка. Как и говорилось выше, это необычное явление можно наблюдать в любой точке нашей планеты. На территории России эту красоту можно увидеть у берегов Охотского и Черного моря.
Свечение черного моря
Исследователи выделяют три вида свечения морей и океанов. Первый называется искрящимся свечением и возникает благодаря организмам меньше 5 миллиметров. Второму виду характерны вспышки — они возникают в результате деятельности крупного планктона вроде маленьких рачков больше 1 сантиметра. Третий вариант называется равномерным свечением, которое возникает из-за живущих в воде бактерий. Равномерное свечение является самым тусклым и заметить его можно только в очень темных условиях.
Опасность глобального потепления
Но в будущем светящиеся сегодня создания могут потерять свою удивительную способность. Исследователи из американского штата Гавайи обратили внимание, что из-за наблюдающегося глобального потепления в водах морей и океанов растворяется все больше углекислого газа. Это приводит к ее закислению, что может сильно вредит водным обитателям. Ранее уже было доказано, что такая вода приводит к разрушению чешуи акул и ослаблению панцирей крабов. Также было выяснено, что из-за глобального потепления у некоторых рыб увеличиваются половые органы и они не могут размножаться.
Глобальное потепление станет проблемой для всех живых организмов
В рамках научной работы исследователи решили выяснить, как окисленная вода влияет на 49 биолюминесцирующих созданий. Среди них оказались бактерии, членистоногие и другие виды животных. В лаборатории все они помещались в воду, свойства которой соответствуют прогнозам на 2100 год. В результате выяснилось, что в новых условиях некоторые виды кальмаров заметно снизили яркость свечения. Но вот часть ракообразных существ наоборот, стали чуть ярче. Это значит, что глобальное потепление повлияет даже на этих созданий и в будущем «светящиеся моря» могут исчезнуть.
Биолюминесценцией обладают даже некоторые растения
Если животные утратят способность светиться, они могут полностью вымереть. Дело в том, что свечение им нужно не для развлечения людей, а для привлечения особей противоположного пола. Если самцы перестанут интересовать самок и наоборот, они перестанут размножаться. В общем, в будущем живым созданиям придется нелегко. А ведь им угрожает и другая опасность в виде пластикового мусора. Лежащие на дне морей и океанов бутылки и упаковки не разлагаются на протяжении 1000 лет и буквально отравляют животных. И человечество все еще не придумало, как решить эту проблему.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих новостей нашего сайта!
Свет и цвет под водой
Полдень. Безоблачное небо. Ослепительный солнечный свет заливает песчаный пляж и переливается яркими бликами на зеленоватой поверхности моря, колеблемого небольшими волнами. В маске с аквалангом за плечами водолаз медленно погружается в море. Но вот вода сомкнулась над его головой. Вокруг водолаза раскрылось ярко освещенное подводное царство. Парят разноцветные медузы и сифонофоры, мечутся стайки пестро окрашенных рыбок. Все так же светло и ярко, как на берегу. Только все предметы кажутся на одну треть больше и ближе, чем на самом деле. Это игра преломленных лучей. Мимо проплывает рыба, хочется дотянуться до нее рукой, а в действительности до рыбы по крайней мере 1,5-2 м.
Водолаз погружается глубже. До глубины 5 м освещение почти не меняется, но затем понемногу бело-желтые тона начинают уступать синевато-зеленым. На глубине 10 м все вокруг уже окрашено в однообразный синевато-зеленый цвет. На глубине 20 м даже на фотопластинку действуют только сине-зеленые лучи.
Водная среда намного плотнее воздуха. Она «прозрачна» для звука, но мало прозрачна для света. Световая энергия, проникающая в воду, рассеивается и частью преобразуется в тепловую энергию. В прозрачной воде открытого океана яркость освещения убывает с глубиной в среднем в десять раз на каждые 50 м.
Солнечный луч, как известно, состоит из лучей видимого и невидимого спектра. К невидимой части спектра относятся ультрафиолетовые и тепловые инфракрасные лучи. Морская вода обладает избирательной способностью к поглощению световых лучей. До глубины 0,5 м поглощаются только инфракрасные лучи, благодаря чему освещение в полуметровом верхнем слое остается белым. На глубине 5 м к нормальному солнечному освещению слегка примешиваются синевато-зеленоватые тона. Дальше происходит энергичное поглощение красных и желтых лучей. Синевато-зеленоватые тона становятся преобладающими.
На глубине 50 м сине-зеленые тона сгущаются, приобретая цвет поверхности моря. До глубины 50 м проникают ультрафиолетовые лучи, между прочим, очень важные для фиксации кальция организмами. Яркие разнообразные окраски морских организмов доступны для фотоаппарата только до глубины 5 м, на глубине 20 м они исчезают.
Почему организмы, живущие на дне, становятся бесцветными с глубины 2000 м? И наоборот, некоторые виды креветок, бесцветные в верхних слоях океана, на глубине нескольких тысяч метров окрашены в красный и фиолетовый цвета? Все эти вопросы, остающиеся пока без ответа, надо отнести к неразгаданным секретам природы.
В некоторых случаях окраска носит, видимо, защитный характер. Так, у большинства рыб, живущих в верхних слоях океана, спинки темные с синим, зеленым или серым отливом; такая окраска сливается с поверхностью моря, если смотреть сверху. Зато брюшки у них светлые, даже белые; если глядеть на такую рыбу снизу, она сливается с поверхностью моря, которая из глубины представляется светлым сверкающим потолком. Медузы, ярко окрашенные в верхних слоях океана, часто имеют однообразный коричневый цвет, если живут на глубине 300-400 м. Глубоководные рыбы, бесцветные или окрашенные в черный, темно-фиолетовый и красный цвета, вероятно, трудно различимы в темных глубинах океана. Некоторые морские животные обладают способностью, подобно хамелеону на суше, менять окраску тела, приспосабливаясь к окружающей среде. Например, если палтуса положить на шахматную доску, его спинка покрывается рисунком, сходным с шахматной доской; у ослепленного палтуса этого не происходит. Значит, изменение окраски у него управляется нервно-гормональной системой.
К числу самых энергичных осветителей моря относятся жгутиковые (см. очерк «Пищевая цепь») и, в частности, ночесветки (Noctiluca miliaris), мелкие организмы размером от 0,2 до 2,0 мм. Огромные скопления ночесветок иногда заливают голубоватым призрачным светом наши черноморские воды; серебром стекает в такие ночи вода с поднятого весла, а за кормой идущего судна остается широкий яркий след. Некоторые организмы, например, червь палоло, светятся только в период размножения. Самка, вызывая самца, быстро движется, описывая у поверхности воды небольшой светлый круг; к ней поднимается со дна самец, он испускает искорки света; затем в светящемся кольце кружатся оба, а после оплодотворения свечение прекращается. Во время размножения палоло море приобретает молочный цвет.
Советский гидростат для подводных наблюдений, рассчитанный на глубину до 800 м
Очень ярко светятся у поверхности моря мелкие рачки эвфаузиды, которых как раз и наблюдал в антарктических водах Беллингсгаузен. В данном случае назначение свечения совершенно непонятно, так как оно привлекает к рачкам морских птиц и заканчивается массовой гибелью этих морских светлячков.
У некоторых высших ракообразных, рыб и головоногих моллюсков свечение, а равно и окраска тела подчинены нервно-гормональному контролю. У кальмаров и рыб встречается нечто вроде «век», закрывающих светящиеся органы, если это потребуется.
Ничтожные доли солнечного света, совершенно не ощутимые для человеческого глаза, как мы уже знаем, проникают на глубины в несколько сот метров. Этого света, оказывается, вполне достаточно для того, чтобы некоторые планктонные организмы, реагирующие на свет, по ночам поднимались к поверхности моря, а днем погружались на глубину. У планктонных организмов вместо глаз часто встречаются глазные пятна. Они дают животному возможность чувствовать свет, но не различать предметы. Яркий свет планктонным организмам, как правило, «противопоказан». После четырех часов яркого солнечного освещения рачок калянус еще может оправиться, хотя не всегда, но после восьмичасовой дозы освещения погибает обязательно, даже если все прочие условия среды для него благоприятны. Глубина нахождения планктона определяется, вероятно, оптимальной для его жизнедеятельности освещенностью, а подъем или погружение его начинаются в тот момент, когда происходит изменение освещенности, к которой он уже приспособился.
Зоологи Мичиганского университета заметили, что голубой свет вызывает беспокойство у зоопланктона, вся масса его начинает беспорядочно метаться и рассеивается. Это его поведение зоологи назвали в шутку «голубым танцем» планктона. При красном свете, наоборот, происходит концентрация планктона.
Вопрос о том, как реагируют рыбы на искусственный свет, пока мало изучен, хотя лов на свет практикуется довольно широко (см. очерк «Стратегия и тактика рыбака»). Через иллюминаторы научно-исследовательской подводной лодки «Северянка» велись наблюдения за реакцией сельди на яркий свет. Днем некоторые экземпляры относились к лучу прожектора безразлично, но большая часть круто, хотя и медленно, уходила в сторону. Ночью же сонная рыба совсем не реагировала на свет. Не реагировали на свет прожекторов и глубоководные рыбы, замеченные при погружении батискафов.
Освещенность морских глубин зависит не только от высоты солнца над горизонтом и облачности. На нее оказывает влияние и состояние моря. Гладкая поверхность моря пропускает больше света, чем поверхность бурного моря. Охотники за жемчугом приметили, что во время волнения освещение дна моря ухудшается. Чтобы успокоить волнение, перед погружением они набирали в рот оливковое масло и выпускали его в воде. Тонкая масляная пленка успокаивала волнение и улучшала освещение дна.
Свет прожектора подводной лодки «Северянка» привлек планктон, который в свою очередь послужил приманкой для рыбы. Рыба, однако, держится в тени и только самая смелая или самая голодная ворвалась в гущу планктона
Распространение света в морской воде и глубоководная люминесценция служат в настоящее время предметом тщательных исследований. Подводная фотография, черно-белая и цветная, а также подводное телевидение настойчиво предъявляет к подводной оптике все более значительные требования. Недавно английским океанографам удалось запечатлеть на кинопленке борьбу двух кальмаров, происходившую на глубине 500 м. И кто знает, может быть, недалеко то время, когда на экране кинотеатра или телевизора мы увидим борьбу гигантского кальмара с кашалотом, происходящую на глубине 1000 м, стаю рыб, настигнутую тралом рыболовного судна, и «голубые» либо «красные танцы» зоопланктона или сардин, привлеченных светом прожекторов к рыбонасосу, который выкачивает их на палубу вместе с водой.
В заключение надо вспомнить о самом главном. Без лучистой энергии солнечного света немыслимо развитие большинства морских растительных организмов. С ее помощью они строят свое тело, превращая вещества мертвой природы в живое органическое вещество.
Тайна «дьявольской карусели»
Впервые мир узнал о таком явлении весной 1879 года. Английский военный корабль «Ястреб» 13 апреля бороздил воды Персидского залива, когда матросы заметили два огромных светящихся круга, вращающихся в разных направлениях со скоростью более 130 км/ч. Капитан судна Эванс доложил об этом в Адмиралтейство, но сообщение всерьез никто не воспринял.
Подобное зрелище в последующие годы наблюдали моряки и других кораблей. Было определено, что радиус светящегося «колеса» варьировался от 300 до 600 метров.
В частности, известный английский естествоиспытатель Чарльз Дарвин в своем знаменитом «Путешествии на корабле «Бигль» описывал его так: «Как-то в очень темную ночь, когда мы проплывали несколько южнее Ла-Платы, море представляло удивительное и прекрасное зрелище. Дул свежий ветер, и вся поверхность моря, которая днем была сплошь покрыта пеной, светилась теперь слабым светом. Корабль гнал перед собой волны точно из жидкого фосфора, а в кильватере тянулся молочный свет. Насколько хватало глаз, светился гребень каждой волны, а небосклон у горизонта, отражавший сверкание этих синеватых огней, был не так темен, как небо над головой».
Весной 1962 года моряки судна «Телемах» стали свидетелями того, как световые лучи стали уменьшаться в диаметре, скорость их вращения также уменьшилась, и вскоре они скрылись под водой.
А в 1967 году в Сиамском заливе, с судна «Тленфол-лох», заметили на поверхности воды пятидесятиметровый объект, от которого шли лучи длиной в несколько километров.
Вот несколько примеров встреч со «светящимися колесами» российских моряков. 22-23 августа 1908 года в Охотском море экипаж русского парохода «Охотск» наблюдал весьма непонятное «поведение» моря. Военно-морской врач Ф. Д. Дербек вспоминает, что внезапно, в 11 часов ночи под кормой вспыхнул на воде необыкновенно яркий зеленовато-белый свет, который быстро охватил большую поверхность воды. Эта ярко освещенная поверхность, принявшая в конце концов форму овала с кораблем в центре, двигалась вместе с ним некоторое время вперед, а затем постепенно отделилась от него и самостоятельно поплыла в сторону. Резко очерченное светящееся пятно удалялось очень быстро от судна и за 2-3 минуты достигло горизонта.
В 1973 году чудесный спектакль с фигурным свечением моря наблюдали советские моряки теплохода «Антон Макаренко» в Малаккском проливе. Очевидцы рассказывают, что световые пятна на поверхности воды то вытягивались в полосы, то соединялись, образуя круг, вращающийся против часовой стрелки. Спустя 40-50 минут все внезапно исчезло.
Экипаж советского научного судна «Владимир Воробьев» в 1977 году выполнял океанографические исследования в Бенгальском заливе. Неожиданно команда заметила, что вокруг судна в радиусе 150-200 метров вращается против часовой стрелки яркое белое пятно. Потом оно распалось на восемь загнутых лучей. Через полчаса диаметр «колеса» уменьшился до 100 метров, и постепенно оно исчезло. Была замерена температура воды за бортом. Она составила +26° С, следов скопления светящегося планктона не было обнаружено. Интерес вызывает и тот факт, что, как только на воде появилось загадочное свечение, спящие моряки проснулись от необъяснимого чувства тревоги.
Летом 1978 года моряки судна «Новокузнецк» в заливе Гуая-киль увидели перед носом корабля четыре двадцатиметровые светящиеся линии и две линии около правого борта. Дальнейшее повергло в шок всех: прямо перед судном из воды с большой скоростью вынырнул белый приплюснутый предмет, размером с большой арбуз, со всех сторон облетел корабль и снова плюхнулся в воду.
Члены экипажа советского корабля «Профессор Павленко» в июне 1984 года в Неретванском заливе даже сделали снимки подобного явления. Они увидели в глубине вод светящееся пятно, от которого шли четко очерченные кольца. Скорость их движения была более 100 м/мин.
В Севастополе океанологи рассказывали физику-оптику А. Кузовкину об уникальном случае. Работая в батискафе под водой, они увидели гигантский объект в форме колеса диаметром в 10-этажный дом. Колесо, вращаясь, приняло горизонтальное положение и стало удаляться. Скорость вращения объекта достигала нескольких десятков оборотов в минуту.
Скорость перемещения «светящихся колес» и возможность их лучей пронизывать толщу воды, а иногда и корпуса судов остается пока большой загадкой для ученых. Но как показал опыт, свечение моря редко возникает самостоятельно. Как правило, оно возбуждается какой-либо внешней причиной. Это может быть приход цунами, волнение или шторм, удары прибоя о берег. Часто наблюдается красивый световой шлейф, оставляемый проходящими судами.
Более двух тысяч сообщений о «фигурном» свечении моря за 60 лет проанализировал профессор океанографии Гамбургского университета Курт Калле. Он высказал гипотезу, что причиной является высвечивание у поверхности моря мельчайших организмов, потревоженных ударными волнами. Все это связано с сейсмической активностью на дне морей и океанов.
Свечение моря наблюдается повсеместно — за исключением сильно опресненных вод. Особенно часто такие картины возникают в тропических и умеренных районах — Аденском и Бискайском заливах, в водах у побережий Индии и Северной Африки. Впечатление такое, что в тропиках ночное море временами полыхает, переливается всеми цветами красок. Путешественников поражают причудливые и яркие световые эффекты. Особенно красивы картины фигурного свечения, когда на воде, быстро сменяя друг друга, возникают различные геометрические фигуры — от прямых и изогнутых линий до кругов и шаров, вращающихся в разные стороны.
Загадочное свечение моря иногда охватывает площади до сотен квадратных километров. При этом феномен не имеет окончательного объяснения.
В частности, ссылки биологов на свечение морских организмов не исчерпывает всех аспектов наблюдаемых явлений.
На сегодняшний день есть около ста сообщений о таинственных кругах, подтвержденных фотоснимками и показаниями бортовых приборов. Во всех случаях свечение их настолько яркое, что можно читать.
Учеными выдвигается множество гипотез, но ни одна из них так и не смогла объяснить эти аномальные явления.
Одни считают, что это светящиеся морские организмы поднимаются со дна, но ведь они не могут двигаться столь четко и прямолинейно и развивать скорость более 150 км/ч. Академик А.Н. Крылов объяснял эти явления оптическими процессами на поверхности воды и в воздухе, и называл их «призрака океана». Другие ученые пытаются списать это на различные подводные цивилизации, третьи – на пришельцев из космоса. Четвертые объясняют возникновение кругов извержением подводных вулканов. Якобы вулканические выбросы вступают в контакт с океанической водой – и получается светящееся облако. Но почему такие четкие круги? И как объяснить тот факт, что свечения наблюдались там, где нет подводных вулканов?
В свою очередь, ученые-океанологи высказывают множество других гипотез о происхождении столь своеобразных световых эффектов в океане.
Так, одно из объяснений чисто гидрофизического характера основывается на том, что в толще вод океанов и морей возникают и развиваются вихревые образования, которые могут иметь довольно большую скорость. Именно они возбуждают свечение способных к люминесценции планктонных организмов.
Впервые природу свечения моря разгадал российский мореплаватель, адмирал Иван Федорович Крузенштерн (1770-1846 гг.). Он возглавлял первую русскую кругосветную экспедицию в 1803-1806 годах на кораблях «Надежда» и «Нева» и составил «Атлас Южного моря». Он высказал мысль, что свечение моря вызывают обитающие в воде крохотные организмы. Как показали дальнейшие исследования, И.Ф. Крузенштерн оказался прав.
Как потом было установлено, способностью излучать свет обладают многие морские организмы. Способность светиться отмечена у представителей многих тысяч видов животных и растений. К ним относятся некоторые рыбы, в том числе и акулы, головоногие моллюски (в частности, кальмары), медузы, ракообразные, простейшие и, конечно, водоросли. Некоторые организмы светятся настолько ярко, что несколько помещенных в банку рачков, излучают столько света, что человек может читать газету. Свечение служит для защиты от хищников, либо для приманивания добычи или для привлечения особей противоположного пола.
Однако, основным и главным источником свечения моря являются динофлагелляты – одноклеточные организмы, обладающие свойствами, как растений, так и животных. Отдельные виды динофлагеллят содержат хлорофилл (их относят к растениям), тогда как другие его не имеют, и их причисляют к животному царству. Кроме того, многие из них имеют так называемые «хвосты», «флагеллы», которые дают им некоторую свободу передвижения.
Большинство перидиней обладают способностью излучать свет, особенно при волнении. Однако не только этим они знамениты. Они относятся к жгутиконосцам. Ученые делят их на две группы – растительные и животные. Во многих случаях граница между животными и растительными перидинеями неразличима. Это связано с тем, что одни их них относятся к типичным растениям, способными на свету из углекислого газа и минеральных солей создавать органическое вещество. Другие, – подобно животным, потребляют уже готовые органические соединения. Растворенные в воде органические соединения поглощаются через стенки клетки, а оформленные частицы – через специальное отверстие (так называемый «рот»). Есть еще и третья группа организмов, которая сочетает свойства водорослей и животных; на свету они, подобно растениям, создают органическое вещество, а в темноте (на больших глубинах, куда не проникает солнечный свет) питаются уже готовым органическим веществом.
Большинство людей даже не подозревают о существовании перидиней, настолько они малы. Их размер не превышает сотых долей миллиметра. Между тем, они вместе с другими водорослями производят 30-40% всех создаваемых на Земле органических веществ. В морях и пресных водоемах их порой бывает настолько много, что вода приобретает бурый цвет. Их концентрация может достигать 100 тысяч организмов в 1 миллилитре воды. Такое явление называется цветением планктона. К примеру, название Красного моря тоже связано с развитием микроскопических водорослей, придающих воде соответствующую окраску. Правда, относятся эти водоросли к совершенно иной группе – синезеленым.
Перидинеи могут быть различной формы: одни из них шарообразны, другие снабжены длинными рогообразными выростами. Эти выросты защищают их от выедания животными, и в то же время помогают им парить в толще воды.
Какова же роль этих водорослей в морях и океанах? Крохотные водоросли являются основной пищей обитателей океана. На суше растительные сообщества обеспечивают пищей всех наземных травоядных. В морях и океанах – микроскопические водоросли служат источником пищи для мириад мелких животных, в основном ракообразных, питающихся ими. В свою очередь эти планктонные животные поедаются более крупными организмами, те – рыбой и так далее, пока пищевую цепь съедающих и съедаемых не завершит человек.
Необходимо отметить, что некоторые перидинеи являются токсичными. Массовое их развитие иногда приводит к отравлению и гибели рыб и морских птиц. Это явление называют «красным приливом».
Вторым по значимости организмом, вызывающим свечение моря является жгутиковая ноктилюка (она же ночесветка). Ночесветка – это одноклеточное простейшее и относится она к панцирным жгутиконосцам. Тело у нее шаровидное, размер около 2-3 мм с подвижным сократимым панцирем. Размножается она в основном делением надвое. Содержимое клетки заполнено жировыми включениями, которые при механических и химических раздражениях, окисляясь, начинают светиться. Ноктилюка образует скопления в поверхностных слоях теплых вод, где она питается водорослями, бактериями, простейшими.
Ночесветка начинает светиться от любого раздражения, отпугивая вспышками предполагаемых врагов, в частности рачков, которые ею питаются. У ночесветки два жгутика, одним она подгоняет ко рту пищу, а другой служит в качестве мотора. С его помощью она передвигается в толще воды.
