У некоторых белых пляжей есть неожиданные поставщики песка: рыбы. Они не переносят его на берег и не строят острова намеренно. Просто часть материала, по которому потом ходят босиком, сначала проходит через их пищеварительную систему. Звучит как сомнительный туристический анекдот, но у этой истории есть вполне серьёзная геология.
Рыбы-попугаи превращают твёрдый материал рифа в мелкие карбонатные частицы. А море уже решает, куда их отнести. Чтобы понять, как обед под водой связан с полосой суши под пальмами, нужно проследить не только за рыбой, но и за самой песчинкой: откуда взялся её материал, кто его раздробил и что произошло дальше.
Сначала нужно построить то, что будет измельчено
Песок — не название одного определённого вещества. На многих побережьях он состоит главным образом из кварцевых зёрен, переживших разрушение горных пород и долгую перевозку водой. На других берегах заметную роль играют обломки раковин, кораллов и остатки иных морских организмов. Поэтому одинаково светлые пляжи могут иметь совершенно разную историю.
На коралловом рифе один из важнейших строительных материалов — карбонат кальция. Кораллы создают из него твёрдые скелеты. После гибели полипов минеральное основание не исчезает мгновенно: оно остаётся частью рифа и становится поверхностью для новых обитателей и обрастаний.
В этой истории главная роль рыбы-попугая — измельчать уже существующее твёрдое основание. Это принципиальная разница между двумя этапами: сначала живые организмы строят карбонатную структуру, затем другие процессы превращают её в более мелкие частицы.
Клюв снаружи, мельница внутри
Своё название рыбы-попугаи получили в том числе за похожий на клюв рот. У многих видов плотные ряды зубов образуют мощную рабочую поверхность. Ею рыба соскабливает материал с рифа, захватывая пищу вместе с минеральной основой. Твёрдый скелет сам по себе не равнозначен питательному обеду: ценно органическое содержимое того, что рыба собирает.
Дальше, в глотке, измельчение продолжается. У рыб-попугаев есть глоточный аппарат, который работает как дополнительная мельница. Затем материал проходит через кишечник: доступные питательные вещества усваиваются, а минеральные частицы возвращаются в окружающую среду. Так бывший кусочек твёрдого основания оказывается среди рыхлого осадка.
Способность многократно кусать абразивную поверхность заинтересовала даже материаловедов. В исследовании 2017 года изучали зубы Chlorurus microrhinos, одного из видов рыб-попугаев. Рентгеновские методы показали необычную организацию кристаллов фторапатита: они собраны в переплетающиеся пучки. Такая микроструктура помогает сочетать твёрдость с устойчивостью к повреждениям и истиранию.
Здесь интересен не рекорд в духе «самые сильные зубы на планете», а устройство природного инструмента. Рыбе недостаточно один раз раскусить что-то твёрдое: её зубы постоянно работают с минеральной поверхностью. Ряды новых зубов сменяют изношенные, поддерживая этот повторяющийся процесс.
Не все рыбы работают одинаково
Представлять всех рыб-попугаев одинаковыми «дробилками живых кораллов» неправильно. Исследователи различают несколько способов питания. Одни рыбы преимущественно обкусывают водоросли, другие соскабливают поверхностный слой, третьи захватывают более глубокие участки основания. От этого зависит, сколько минерального материала удаляется за укус.
Размер тоже имеет значение, но одной длины тела недостаточно для точного расчёта. В наблюдениях за разными видами исследователи находили различия в площади следов укусов даже у рыб сходного размера. Поэтому посчитать рыб на рифе и умножить их число на одну универсальную «норму песка» было бы слишком грубым упрощением.
Есть ещё одна тонкость: в рот может попадать уже готовый рыхлый осадок, задержавшийся среди обрастаний. После прохождения через рыбу он снова оказывается снаружи, но это не обязательно новая порция песка, только что снятая с твёрдого рифа. В научных расчётах важно отличать образование новых частиц от повторной переработки и перемещения старых.
Что удалось посчитать на Мальдивах
В работе 2015 года команда исследователей изучила рифовую систему острова Ваккару. Учёные сопоставляли сведения об обитателях и участках рифа с составом и размерами осадочных частиц.
Такой подход позволяет связать биологию с геологией. Важно знать не только, сколько материала возникает, но и где именно он появляется. Участок с активным образованием осадка и участок, на котором он накапливается, могут находиться в разных местах.
По оценке авторов, рыбы-попугаи обеспечивали более 85% нового осадка песчаного размера, ежегодно образующегося на внешней рифовой площадке Ваккару. Сама узкая внешняя зона, занимавшая примерно пятую часть рифовой платформы, давала около трёх четвертей общего объёма производимого осадка. Значительная часть остальной площади служила местом его накопления.
Это впечатляющий результат, но у него есть точный адрес. Речь о новом материале определённого размера и конкретной рифовой зоне, а не о доле рыбьих выделений во всём песке Мальдив. Тем более нельзя перенести этот процент на любой белый пляж мира.
От рифа до полотенца
Получить песчинку ещё не значит получить пляж. Она может остаться среди обрастаний, попасть в лагуну, переместиться к острову или уйти с рифовой платформы. Волны и течения распределяют материал, а разные по размеру частицы перемещаются и оседают неодинаково.
Именно поэтому важны сразу две стороны процесса: образование осадка и его доставка. Даже большое количество частиц само по себе не гарантирует рост конкретного берега. Между рыбой, которая кормится на рифе, и человеком, расстилающим полотенце, работает целая система переноса и накопления материала.
У Ваккару исследователи сравнивали не только количество песка, но и его состав. На рифе и у острова встречались остатки кораллов и известковых водорослей Halimeda. Это ещё один повод не сводить происхождение берега к единственному животному: рыбы важны, но они участвуют в общей цепочке вместе с организмами, создающими карбонат, и водой, переносящей его обломки.
Разрушение, которое не обязательно вредит
Удаление твёрдого материала живыми организмами называют биоэрозией. На первый взгляд хочется записать её исключительно в ущерб для рифа. Но образование и разрушение карбонатных структур — части его естественной жизни. Кроме того, поедая водоросли и освобождая участки поверхности, некоторые рыбы помогают создавать условия для поселения новых кораллов.
При этом не существует простого правила «чем больше рыб, тем лучше любой риф». Результат зависит от видов, состояния местообитания и других воздействий. NOAA подчёркивает, что сохранение растительноядных рыб может быть частью защиты кораллов, но не заменяет работу с остальными угрозами.
Настоящая история поэтому интереснее броской фразы «весь белый песок сделан рыбами». Подводная жизнь способна снабжать материалом сушу над ней, но делает это не в одиночку. Пляж оказывается продолжением рифа: в его песчинках встречаются работа организмов, особенности их питания и движение океанской воды.
Источники
- NOAA: How does sand form?
- University of Exeter: исследование образования песка у острова Ваккару, 2015.
- Perry et al. Linking reef ecology to island building. Geology, 2015.
- Algal Turf Sediments and Sediment Production by Parrotfishes across the Continental Shelf of the Northern Great Barrier Reef, 2017.
- Репозиторий University of Western Australia: описание исследования Ваккару и пространственное распределение образования осадка.
- Yarlett et al. Quantifying production rates and size fractions of parrotfish-derived sediment (2021): образование новых частиц и переработка существующего осадка.
- Berkeley Lab: рентгеновское исследование структуры зубов рыб-попугаев, 2017.
- Marcus et al. Parrotfish Teeth: Stiff Biominerals Whose Microstructure Makes Them Tough and Abrasion-Resistant To Bite Stony Corals. ACS Nano (2017).
- Отчёт исследовательского проекта NOAA, 2016: способы питания и различия следов укусов между видами.
- NOAA Fisheries: условия, при которых сохранение растительноядных рыб помогает кораллам.
