КОРАЛЛОВЫЕ РИФЫ - КОРА́ЛЛОВЫЕ РИ́ФЫ, подводные или частично надводные известковые сооружения, формирующиеся преимущественно скелетами колониальных коралловых полипов (см. КОРАЛЛОВЫЕ ПОЛИПЫ) в мелководных участках тропических морей. В рамках экосистемы (см. ЭКОСИСТЕМА) кораллового рифа рассматривают также всю совокупность рифовых организмов и среды их обитания.
Основные особенности коралловых рифов
Коралловые рифы образуют одну из важнейших экосистем Мирового океана. Их главной особенностью является необычайно высокая продуктивность. Автотрофная фотосинтетическая продукция экосистемы рифа составляет от 50 до 300 г сырой биомассы на 1 м2в сутки, причем в отличие от других высокопродуктивных сообществ океана она сохраняется постоянной в течение всего года. В свою очередь, высокая первичная продукция, которая обеспечивается в значительной мере трехмерной пространственной структурой рифов, служит энергетической основой существования чрезвычайно плотных сообществ гетеротрофов (см. ГЕТЕРОТРОФЫ)(зообентоса (см. ЗООБЕНТОС), зоопланктона (см. ЗООПЛАНКТОН)и рыб). Рыбные ресурсы рифов составляют около 9% общих мировых запасов, и рыболовство в этой зоне имеет важное значение как источник питания населения прибрежных стран тропиков. Рифы являются также местом нереста и созревания молоди многих пелагических (см. ПЕЛАГИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗМЫ) рыб.
Основу экосистемы рифа формируют организмы, интенсивно откладывающие известь: коралловые полипы (см. КОРАЛЛОВЫЕ ПОЛИПЫ), фораминиферы (см. ФОРАМИНИФЕРЫ), известковые водоросли. С их участием осаждается более половины всего известкового материала, оседающего на дно из вод океана. Рифовые постройки - важный элемент геологических структур и топографии дна океана. Древние рифогенные известняки формируют одну из главных фаций (см. ФАЦИЯ) осадочных пород и служат основными коллекторами нефти.
Общая площадь современных рифов составляет около 600 тыс. км2. Основные массивы рифов расположены в морях Юго-Восточной Азии (45% мировой площади рифов). Около 14% приходится на Атлантику, 17% - на Индийский океан, 18% - на Тихий океан и 6% - на Красное море. Более половины всей площади современных рифов составляют барьерные и окаймляющие рифы, расположенные на шельфе материков и крупных островов. Крупнейшими рифами являются Большой барьерный риф (см. БОЛЬШОЙ БАРЬЕРНЫЙ РИФ) Австралии, системы барьерных рифов Белиза в Западной Атлантике, Тулеара близ острова Мадагаскар, а также рифы у островов Фиджи и Новая Каледония. Протяженность некоторых из этих рифов превышает 1000 км, а Большого барьерного рифа - 2000 км. Общая площадь Большого барьерного рифа составляет 215 тыс. км2.
Типы коралловых рифов
Барьерные рифы. Расположены полосой вдоль берега, от суши отделены широкой и глубокой лагуной. Ширина лагуны барьерных рифов варьирует от сотен метров до десятков километров, а глубина - от 5 до 70 м. Полосы барьерного рифа имеют ширину от 100 м до нескольких километров. Эти полосы часто сложно структурированы и могут быть двойными или содержать внутри себя плоские, линейные и кольцевые рифы.
Окаймляющие рифы. Расположены полосой (каймой) вдоль берега. Отличаются от барьерных рифов тем, что их тыльная сторона примыкает к суше. Лишь иногда между краем флета и берегом образуется узкая и мелководная береговая лагуна.
Кэй-рифы. Это относительно небольшие плоские рифы, расположенные на мелководных плато. На их подветренной стороне образуются песчаные косы и острова.
Платформенные рифы. Представляют собой плоские рифы с осушающимся во время отлива флетом, заросшим водорослями и морскими травами. Флет этих рифов сильно эродирован (подвергся эрозии), на его поверхности образуются валы обломочного материала, песчаные косы и островки.
Коралловые банки. Рифоподобные постройки, иногда весьма обширные, имеющие неопределенную бугровидную форму и целиком или большей частью находящиеся под водой.
Атоллы (см. АТОЛЛ). Крупные коралловые постройки, имеющие кольцевую форму. Основанием для атолла служит обычно вершина подводного вулкана. Атоллы отличаются очень сложным строением. В составе атолла могут быть острова, банки, плоские рифы, микроатоллы. В центре атолла часто бывает одна или несколько лагун.
Линейные рифы. Представляют собой рифовые гряды, вытянутые в длину на несколько километров и имеющие в ширине от 50 до 100 м. На поперечном разрезе они в сжатом виде содержат все основные рифовые элементы, исключая выраженные лагуны, хотя у подветренного края некоторых линейных рифов существуют подобные лагунам выемки, заполненные обломочным материалом и песком.
Естественная история коралловых рифов
Происхождение и дальнейшая эволюция коралловых рифов до сих пор остаются в значительной мере загадочными. Существует большое количество различных гипотез, объясняющих этот процесс, однако ни одна из них не является исчерпывающей и общепризнанной. Общий механизм очевиден - на мелководной материнской породе поселяется колония коралловых полипов. Постепенно они гибнут и на их месте остаются известковые скелеты, прочно прикрепленные к породе. Поверх этого известкового слоя селятся очередные поколения кораллов, и так слой за слоем и поколение за поколением. Однако многие рифы устроены столь сложно, что их структура, например, кольцевая форма атоллов, нуждается в более детальном объяснении.
Первым ученым, попытавшимся понять закономерности образования подобных рифовых колец, был Чарлз Дарвин (см. ДАРВИН Чарлз Роберт). Он предполагал, что атоллы возникли из окаймляющих рифов вследствие медленного опускания дна океана. Если на месте острова, окруженного береговым рифом, морское дно начнет понижаться, то остров станет постепенно уходить под воду и уменьшаться в размерах. При этом кораллы будут продолжать надстраивать риф, так что в конце концов на месте острова останется лагуна, окруженная атоллом.
Основные положения гипотезы Дарвина признаются верными по сей день. Что же касается способа происхождения надводной части рифа, то все рифы сначала подводные, а затем, как предполагается, море постепенно обламывает краевые части рифа и обломки выбрасывает на его поверхность. Слой обломков растет, уплотняется и, наконец, на месте подводного рифа образуется слой слежавшейся известковой массы высотой до 4 м и более.
Животный и растительный мир
Наиболее важными представителями животного мира коралловых рифов, бесспорно, являются сами кораллы. Без них рифов попросту не было бы. Другим чрезвычайно важным компонентом сообщества коралловых рифов является планктон (см. ПЛАНКТОН), так как в составе рифовой бентосной (см. БЕНТОС) фауны преобладают животные-фильтраторы, питающиеся исключительно им. Видовой состав рифового планктона и размеры его представителей весьма разнообразны, начиная от бактериопланктона, представленного микроскопическими примитивными прокариотами, и до ихтиопланктона, состоящего из личинок позвоночных животных - рыб. Широко представлен одноклеточными водорослями фитопланктон коралловых рифов. В зоопланктон, помимо личинок рыб, входят различные ракообразные, щетинкочелюстные, полихеты (см. ПОЛИХЕТЫ), личинки моллюсков, иглокожих и кишечнополостных, а также другие мелкие животные.
Растительный мир коралловых рифов состоит, помимо фитопланктона, из микрофитобентоса, перифитонных обрастаний, различных крупных водорослей, в том числе имеющих хорошо развитые талломы (см. ТАЛЛОМ), а также высших растений - морских трав. Зообентос, наряду с кораллами, широко представлен следующими основными компонентами: простейшими, кишечнополостными, червями, моллюсками, губками, мшанками, ракообразными, иглокожими, оболочниками, то есть представителями практически всех крупных типов животного мира.
Донные организмы формируют функциональную основу экосистемы кораллового рифа. На их долю приходится 70-90% всей автотрофной продукции и 60-80% всей гетеротрофной (см. ГЕТЕРОТРОФЫ) деструкции органического вещества.
Особого упоминания заслуживают коралловые рыбы. Можно с уверенностью сказать, что для экосистемы кораллового рифа характерно видовое разнообразие рыб, не имеющее себе равных. Из приблизительно 20 тысяч видов костистых рыб, обитающих на нашей планете, жизнь 6-8 тысяч связана с коралловыми рифами. При этом, если общее количество семейств костистых рыб (включая пресноводных) составляет около 400, то рифы населены представителями более 100 из них. Удивительна плотность популяций коралловых рыб, достигающая 2 тонн на гектар.
От 60 до 70% рифовой ихтиофауны представлено хищниками. Количество истинно рифовых, высокоспециализированных рыб заметно меньше, наиболее массовыми из них являются представители приблизительно 500 видов. В их числе щетинозубые (см. ЩЕТИНОЗУБЫ) - около 100 видов, рыбы-попугаи - около 80 видов, помацентровые (см. ПОМАЦЕНТРОВЫЕ) - около 70 видов, губановые (см. ГУБАНЫ) - около 60 видов, рыбы-хирурги (см. РЫБЫ-ХИРУРГИ) - более 40 видов, апогоновые (Apogonidae) - около 30 видов, бычковые (см. БЫЧКИ) - около 30 видов, каменные окуни (см. КАМЕННЫЕ ОКУНИ) - около 30 видов, муреновые (см. МУРЕНЫ) - около 20 видов, скорпеновые (см. СКОРПЕНОВЫЕ) - более 15 видов.
КОРАЛЛОВЫЕ РИФЫ - сооружения из органогенных известняков, расположенные близ уровня моря или на небольших глубинах в прибрежной зоне тропический морей либо в мелководных теплых морях. Они представляют собой массивные отложения кальцита (известняка), образовавшегося из скелетных остатков некоторых колониальных морских организмов - растений и животных, - среди которых выделяются мадрепоровые кораллы и кораллиновые водоросли. Кроме этих двух доминирующих групп рифообразующих организмов, в сложении рифов существенна доля и других видов животных и растений - моллюсков, губок, фораминифер и некоторых зеленых водорослей. Основные рифостроители наилучшим образом развиваются на глубинах не более 50 м, в прозрачной воде нормальной солености с температурой не ниже 20° C, обильно насыщенной растворенными газами и мельчайшими организмами (планктоном), служащими им пищей. Незначительный рост рифовых кораллов может происходить до глубины проникновения солнечных лучей - максимум до 185 м, но практически глубже 120 м известняки уже почти не образуются. Довольно широкое распространение рифов в пределах тропических и субтропических мелководий прерывается там, где проходят холодные течения (например, вдоль западного побережья Южной Америки) или мутность воды препятствует их росту.
Строение. Современный коралловый риф может рассматриваться как хорошо организованный биогеоценоз. Вряд ли кораллы могли бы строить рифы, если бы не было чрезвычайно благоприятных условий, ведь кораллы весьма хрупки и имеют большую площадь поверхности, на которую воздействуют волны, стремящиеся разбить и измельчить их. Однако на поверхности кораллов и в промежутках между ними обильно растут формирующие известковую корку кораллиновые водоросли, особенно там, где волновое воздействие наиболее сильное, а вода максимально насыщена растворенными газами. Они образуют сплошное гладкое чрезвычайно плотное и прочное покрытие, превосходно цементирующее кораллы. Лучше всего кораллы и водоросли растут по периферии рифа и на его внешних склонах. На рифовой платформе небольшая толща воды, прогреваясь, обедняется газами; кроме того, там накапливается ил. В полный отлив поверхность рифа обнажается, что смертельно для кораллов. Некоторые виды кораллов и водорослей (особенно зеленая водоросль Halimeda) в таких условиях меньше продуцируют извести. Кроме того, на рифовой платформе волны поднимают со дна илистые песчаные осадки, состоящие из мелкораздробленных известняков и органических остатков. Резкие смены температуры приводят к растворению и выпадению в осадок карбоната кальция, заполняющего и уплотняющего внутреннюю часть рифа. Аккумуляция обломков и кораллового песка часто продолжается и выше уровня моря - при этом формируются коралловые острова. Значительную часть кораллового песка иногда составляют раковины фораминифер. В относительно мелководных спокойных водах лагун рост некоторых видов кораллов и водорослей также приводит к аккумуляции извести. На дне отдельных лагун скапливается большое количество разрушенных скелетов водоросли Halimeda. В других лагунах "растут" фантастически красивые подводные леса из ветвящихся "коралловых деревьев" и колонн, называемых коралловыми головами. Однако обычно лагуны не заполнены обломочным материалом, так как, по всей вероятности, более тонкий материал выносится в открытое море приливо-отливными течениями.
Типы. Выделяют три основных типа взаимосвязанных коралловых рифов: окаймляющие, барьерные и атоллы. Окаймляющие, или береговые, рифы обычно расположены вдоль недавно обнажившегося (осушенного) или стабильного побережья. Такой риф представляет собой террасоподобную платформу на уровне моря или несколько ниже его, простирающуюся от берега и часто заканчивающуюся приподнятым сильно изрезанным каналами краем, от которого склон рифа довольно круто уходит под воду, а затем резко обрывается до больших глубин. Быстрее всего кораллы растут на внешнем склоне рифа и очень медленно - на мелководной платформе. Барьерные рифы подобны окаймляющим. Они часто окружают отдельные острова, но находятся на некотором удалении от берега, отделены от него проливом или спокойной среднеглубокой лагуной. Крупнейшим и наиболее известным является Большой Барьерный риф - сложная система рифов протяженностью более 1600 км, располагающаяся вдоль восточного побережья Австралии.
КОРАЛЛОВЫЙ БАРЬЕРНЫЙ РИФ во Французской Полинезии.
Атоллы - это обычно кольцеобразные рифы, окружающие лагуны, внутри которых отсутствуют участки суши. Они бывают кольцеобразными с внутренней мелководной лагуной; кольцеобразными с одним или несколькими разрывами кольца, через которые в лагуну поступают приливные воды; в форме полукольца, четверти кольца или кольцеобразными, заливающимися во время высоких приливов; или в форме гигантских колец, состоящих из отдельных небольших атоллоподобных рифов, окаймляющих огромные лагуны. (См. также АТОЛЛ.)
АТОЛЛ в районе о. Муреа в Тихом океане.
Переходные формы. Три типа рифов порождают множество переходных форм. Окаймляющий риф близ одной части берега далее может переходить в барьерный риф, и их граница трудно различима. Некоторые острова фактически можно было бы считать атоллами, если бы не присутствие в центре рифового кольца одного или нескольких расчлененных массивов вулканических пород. Погруженные (затопленные) рифы служат индикаторами подводных платформ, расположенных близ водной поверхности, что способствует росту кораллов, но более вероятно, что они являются затопленными атоллами или островами.
Происхождение коралловых рифов. Коралловый риф может формироваться в любых тропических или субтропических водах, где глубина, температура и соленость позволяют успешно расти рифостроящим организмам. Таким образом, генезис окаймляющих рифов на мелководьях, окружающих острова и материки, достаточно очевиден. Однако специфические формы атоллов и барьерных рифов породили бесконечные дискуссии и рассуждения об их происхождении. Существует множество гипотез, но ни одна из них не признана полностью удовлетворительной в объяснении противоречивых геологических фактов. Чарлз Дарвин первым отметил, что, если бы барьерный риф не окружал высокий остров, он был бы настоящим атоллом. Его наблюдения на нескольких коралловых рифах, и в особенности на Кокосовых (Килинг) о-вах (к юго-западу от Суматры), навели на мысль о том, что окаймляющие рифы, барьерные рифы и атоллы могут представлять собой различные стадии одного процесса. Он доказывал, что если бы вся коралловая постройка опускалась со скоростью, не превышающей темпы нарастания кораллов, то из окаймляющего рифа сформировался бы барьерный риф, а если бы дальнейшее погружение продолжалось до тех пор, пока остров внутри него не оказался под водой, то из барьерного рифа сформировался бы атолл. Для атоллов характерен более спокойный водный режим, а бывший барьерный риф в таких условиях получает меньше растворенных газов и менее обильную пищу для кораллов в виде планктона, укрывающегося от океанских волн позади него. Этот дефицит приведет к замедлению роста рифоформирующих кораллов на внутренней стороне атолла, и таким образом образуется лагуна. Чтобы объяснить огромное количество атоллов, Дарвин предполагал, что в недавнем прошлом обширные участки морского дна испытали опускание. Когда эта теория, позже названная теорией погружения, была впервые опубликована, она получила широкое признание и воспринималась как триумф дедукции. Однако эта теория Дарвина недолго принималась за истину, и на смену ей была выдвинута серия альтернативных гипотез. К.Семпер и Х.Гуппи считали, что рифы растут на поднимающихся основаниях. Другие исследователи (включая Дж.Рейна, Дж.Меррея, У.Уортона и Ф.Вуд-Джонса) думали, что атоллы были сформированы в результате роста кораллов на затопленных банках, - идея, возрожденная в этом столетии в теории антецедентных платформ Дж.Гоффмейстера и Г.Лэдда, которые после продолжительного и тщательного изучения поднятых рифов о-вов Фиджи доказывают, что современные рифы растут на уже существовавших ранее подводных платформах. Происхождение банок, или платформ (небольших подводных плато), в каждой теории объяснялось по-своему. Семпер, Меррей и Уортон считали, что лагуны образовались в результате растворения известняка в условиях морской среды или внутри плоских известняковых островов. С.Макнейл возродил эту идею и выдвинул в ее пользу ряд доказательств, полученных в результате изучения поднятых коралловых островов. Более старые версии этих теорий, кроме предложенных Гоффмейстером, Лэддом и Макнейлом, развивались до тех пор, пока не получила широкого признания концепция изменяющегося уровня моря. В 1910 Р. Дейли предположил, что эффект от повышения уровня моря, произошедшего в результате таяния плейстоценовых ледниковых покровов, подобен результату погружения земной коры. Опираясь на это допущение, он развил теорию ледникового контроля, которая доминировала во всех последующих рассуждениях о генезисе атоллов. Он предполагал, что во время низкого положения уровня моря повсеместно происходило выравнивание островов, когда же уровень моря снова поднялся, эти плоские банки стали основаниями атоллов. В серии статей, завершившейся книгой Проблема коралловых рифов (The Coral Reef Problem, 1928), В.Дэвис объединил теории погружения Дарвина и ледникового контроля Дейли и выдвинул более правдоподобную теорию, подтвержденную множеством геологических фактов. С самого начала исследований для того, чтобы выяснить, что же находится под коралловыми рифами, появилась идея провести бурение всей толщи кораллового сооружения. Первым, кто попытался ее реализовать в 1840 на атолле Хао на о-вах Туамоту, был Э.Белчер. На глубине 14 м, которые удалось пройти примитивным буром, он не обнаружил ничего, кроме кораллов. В 1896-1898 группа, финансируемая Королевским научным обществом и правительством Нового Южного Уэльса (Австралия), предприняла серию решительных попыток пробурить скважину до основания атолла Фунафути (о-ва Тувалу). Таким образом удалось достичь глубины 340 м в однородной толще коралловых известняков. Эта скважина, проникшая гораздо ниже максимальных глубин возможного роста рифообразующих организмов, рассматривалась некоторыми исследователями как достаточное доказательство теории погружения. Другие ученые полагали, что, поскольку бурение проводилось на периферии рифа, скважиной пройдена только толща обломочного материала, который осыпался и накапливался на внешнем склоне острова. Они отказывались рассматривать скважину как окончательное доказательство погружения. Но позже оно было подтверждено японскими учеными, которые пробурили скважину глубиной 432 м на поднятом атолле Кито-Даито-Сима в восточной части о-вов Рюкю. Эта скважина также не достигла подстилающих атолл коренных пород. Сейсмические данные, полученные при испытании атомной бомбы на атолле Бикини в 1946, также свидетельствуют о том, что известняки простираются на большую глубину. В 1947 на Бикини было пробурено несколько скважин, одна из которых глубиной 779 м прошла исключительно известняки и достигла раннемиоценовых отложений, имеющих возраст ок. 25 млн. лет. Изучение отражения сейсмических волн, проведенное экспедицией второго научно-исследовательского судна "Челленджер" в 1951, показало, что известняки на атоллах Фунафути и Нукуфетау (о-ва Тувалу) имеют мощность ок. 600 м и, возможно, залегают на вулканических горных породах. И наконец, в 1954 двумя скважинами на атолле Эниветок (Маршалловы о-ва) были пройдены эоценовые известняки (возраст ок. 50 млн. лет), которые на глубинах 1266 и 1405 м контактируют с коренными базальтами - породами вулканического происхождения. Судя по мощности известняковых отложений, образование атоллов Фунафути и Нукуфетау объясняется постепенным опусканием коралловой постройки ниже уровня моря (либо значительными колебаниями уровня моря). Базальты под атоллом Эниветок свидетельствуют о вулканическом генезисе его основания. Таким образом, весьма вероятно, что наиболее распространенным способом образования атоллов было погружение вулканических островов. Интересны открытия на морском дне большого количества плосковершинных подводных гор (называемых гайотами), похожих на глубоко погруженные атоллы. По крайней мере с одного из них были подняты мелководные кораллы. И наконец, из обзора литературы по ископаемым рифам следует, что формирование рифов происходило главным образом в те геологические эпохи, когда преобладало слабое погружение земной коры (или медленное повышение уровня моря). В геологические периоды, характеризовавшиеся поднятием коралловых сооружений или их быстрым погружением, рифы почти не развивались.
ЛИТЕРАТУРА
Равикович А.И. Современные и ископаемые рифы. М., 1954 Леонтьев О.К. Дно океана. М., 1968 География атоллов юго-западной части Тихого океана. М., 1973 Шепард Ф.П. Морская геология. М., 1976
