Пещера мечты. Пещера судьбы
Шрифт:
Идея была проста, как все гениальное. В природе существуют две совершенно особые группы бактерий — сульфатредуцирующие и сероокисляющие. Первые умеют разлагать минералы — сульфаты и сульфиды, выделяя газ сероводород. Вторые умеют из сероводорода делать серную кислоту. Которая, реагируя уже по собственной инициативе с известняком (карбонатом кальция), дает гипс (сульфат кальция). Который опять может быть пожран бактериями, и так далее.
То есть, если занести в пещеру достаточное количество серы, а также культуры этих бактерий (нужно еще некоторые мелочи, типа органики, железа, марганца, но этого во всякой пещере хватает), и пойдет циклический процесс, построенный на сере и превращающий известняк в гораздо более растворимые вещества. И — пещера, в которой все
Мы давно уже заметили, что потревоженные рукой стены пещер начинают пахнуть сероводородом. Равно как и то, что вообще все стены Кап-Кутана, не покрытые натеками, покрыты очень специфической субстанцией — чрезвычайно пушистой и окрашенной в ярко-красные цвета глиной. Все это по традиции валилось (увы, и нами) на гидротерму, пропитавшую известняк вокруг пещеры рудными минералами. Конденсирующаяся вода растворяет известняк и стекает тонкой пленкой, оставляя «на месте» привнесенные гидротермой силикаты и сульфиды. А те в свою очередь окисляются, выделяя и сероводород, и красные окислы железа. Глинка эта в просторечии (хотя мы сейчас это вводим в качестве вполне научного термина) называется «охерь», ибо красная как охра, да не охра. А от того, что в нее намешано, так и просто охереть можно.
До некоторых пор это почти все объясняло, но после идеи Форти все самые разнообразные вещи связались воедино. Если в пещере действительно работают бактерии, то:
— Охерь должна пахнуть сероводородом — имеем.
— В охери должен образовываться и сыпаться вниз гипсовый песок — имеем.
— Висящие на стенах реликты гигантских кристаллов гидротермального кальцита должны не просто растворяться, а переходить в гипс — мы как раз долго удивлялись гипсовым оторочкам вокруг них.
— Серная кислота должна растворять рассыпанный по полу «старый» флюорит, а также флюорит, высыпающийся из прожилков в известняке. Что и наблюдается — весь такой флюорит сильно растворен.
— При растворении флюорита серной кислотой выделяется плавиковая кислота — имеем.
— При реакции плавиковой кислоты с силикатами, содержащимися в охери, кремний и алюминий захватываются в легко растворимые и даже летучие соединения. При достижении газами или растворами с этими соединениями имеющихся в некоторых уголках свинцово-цинковых сульфидных жилок, на них должны образовываться силикаты, обогащенные свинцом и цинком — имеем (соконит, фрепонтит и некоторые пока не определенные минералы).
— И многое, многое другое.
Объяснялись и другие странные явления — например, почему приколоченные к потолку алюминиевые топографические бирки могут полностью исчезнуть за два-три года, а на их месте окажутся гроздья стеклистых сферолитов аллофана (гидроокись алюминия). Плавиковая кислота съедает защитную окисную пленку на алюминии, и он немедленно начинает «ржаветь». И срок жизни фотоаппарата под землей, исчисляемый несколькими месяцами, и свойство лестниц, собранных на стальном тросе, рваться так часто, что нам пришлось перейти на использование лестниц, собранных на тянущемся как сопля капроновом шнуре, и всякие разноцветные поросли на валяющихся старых батарейках, от которых у человека, разбирающегося в химии, волосы дыбом встают — все вставало на свои места.
То есть — за немногими исключениями оказались одновременно объяснимы все химические фокусы пещеры. Оставалось найти колонии бактерий и оценить по их размерам, могут ли они давать такие мощные эффекты.
Вот здесь и возник вопрос. Предложенный Форти вариант возможен только в пещерах с затопленным нижним этажом. Сероокисляющие бактерии могут быть обнаружены где угодно, в том числе и в охери, но все сульфатредуцирующие бактерии — анаэробны, то есть они не могут жить в присутствии газообразного кислорода. Обычно они живут в воде, с которой в Кап-Кутане большая проблема. Да и если бы где-то на нижних этажах и были бы озера с колониями сульфатредуцентов, запах сероводорода чувствовался бы повсеместно. То есть — было абсолютно очевидно, что серный цикл работает, но самой его «машины» не просматривалось. Эстафету приняло следующее за нами поколение спелеоминералогов. В 1993 году ребята из студенческой группы Виктора Коршунова предложили рассмотреть вариант, что именно охерь и является местом обитания и тех и других бактерий, но что сульфатредуцирующие живут «внутри», и тем самым отрезаны от кислорода воздуха колониями сероокислителей, живущих в верхнем слое.
Доводить модель до ума пришлось совместными усилиями. И все сработало. Частичную разомкнутость цикла (гипс уносится конденсирующейся водой, и тем самым нужен компенсирующий источник серы) восполняли включения битумов в известняке, а также гипс из перекрывающих известняк гипсоносных толщ в сочащихся по трещинам водах. Все механизмы работали.
Теперь объяснился даже цвет охерей — красный с чернотой верхний слой, желтый средний и черный нижний. В биохимический цикл сероокисляющих бактерий, живущих в верхнем слое, в обязательном порядке входят железо, дающее желто-красные цвета, или марганец, дающий черный цвет. Эти бактерии способны улавливать их из растворов и накапливать в себе. И то, что отвалившиеся с потолка корки охерей быстро теряют цвет, — объяснялось именно тем, что при гибели колоний железо и марганец, присутствующие в виде растворимых соединений и удерживаемые только живыми клетками, немедленно уносились водой. Даже то, что известняк под охерями был на несколько сантиметров в глубину разрыхленным, оказалось совсем даже не гидротермальным эффектом, как раньше думали, а эффектом частичного проникновения колоний сульфатредуцентов в толщу известняка.
Лучшее мерило любых теоретических построений — эксперимент. И он был поставлен. Та же группа Коршунова взяла с многих мест пробы охерей и попыталась на специальных питательных средах вырастить из них чистые колонии тех и других бактерий. Это была рискованная затея — идентификация подобных бактерий обычно занимает месяцы, да и очень часто встречаются новые виды — словом, все шансы были за то, чтобы сил и энтузиазма студенческой группы не хватит. А хватило. Колонии дружно взошли, и бактерии оказались даже не просто известными, но чуть ли не самыми распространенными, и их определение не составило никакого труда.
Возникает любопытный вопрос. Насколько атмосфера, в которой присутствует сероводород, серная и плавиковая кислоты, да еще и четырехфтористый кремний, безопасна для здоровья спелеологов — вроде бы все эти вещества страшно ядовиты?
На самом деле не особенно. Плавиковой кислоты и четырехфтористого кремния, возникающего при ее реакции с остаточным материалом в охерях, в воздухе чрезвычайно мало — они настолько агрессивны, что немедленно (в пределах минуты) реагируют со всем окружающим, а скорость их поступления более или менее понятна и низка. В самых фтористых районах системы (например, районе Зеленых Змиев), количество «старого» флюорита на полу — единственного источника плавиковой кислоты — не превосходит килограмма на квадратный метр, возраст его россыпи не менее миллиона лет, а растворено не более пятой части его количества. То есть — в самых «опасных» участках на квадратный метр пола пещеры за миллион лет образовалось около ста грамм плавиковой кислоты. Пересчитав на время пребывания спелеологов в пещере, получаем исчезающе малые и совершенно не опасные цифры.
Сероводород поопаснее, но в нормальных условиях он за пределы охери не выходит, да и опасные его концентрации просто чувствуются по мощному запаху. А то, что получает спелеолог за месячную экспедицию, примерно соответствует тому, что он вдохнет, разбив на сковородку одно тухлое яйцо.
С серной кислотой еще проще. Она не летуча и потому, если охерь не кушать, попадает только на кожу, причем в абсолютно не опасных количествах. Кушать охерь, правда, приходится — она вездесуща — но весьма понемногу. И это уже не так безобидно. Хотя дело тут скорее даже не в серной кислоте, а в том, что местами в охерях все-таки немало гидротермальных продуктов, в том числе минералов, содержащих весьма не безобидные металлы, вплоть до свинца и ртути.