При упоминании озера Байкал в первую очередь каждый вспоминает с детства известный факт, что озеро содержит 1/5 доступной питьевой воды планеты. Действительно, если по площади водного зеркала Байкал уступает таким Великим американским озерам, как Верхнее и Гурон, и Великим африканским озерам (Виктория и Танганьика), то по объему и глубине (по разным оценкам от 1625 до 1750 метров) является несомненным чемпионом среди озер. Размеры озера действительно не могут не произвести впечатления. Площадь водного зеркала тридцать одна с половиной тысяча квадратных километров, что больше, чем территория таких, например, государств, как Бельгия или Израиль, а площадь наибольшего из двадцати двух байкальских островов, острова Ольхон, превосходит площади таких европейских государств, как Андорра, Лихтенштейн, Сан-Марино, Монако и Ватикан вместе взятых.
Байкал расположен в горной котловине, протянувшейся на полторы тысячи километров в длину и пятьсот в ширину. Разность между дном чаши (покрытым донными осадками Байкала толщиной свыше восьми километров) и наивысшими точками ее краев (горными пиками) достигает 13 километров, что позволяет Байкальской впадине оспаривать первенство у Марианской.
Дно чаши, как мы уже упоминали, покрыто мощным слоем осадков, выше которых и располагаются двадцать три тысячи кубических километров чистейшей байкальской воды. Площадь водосборного бассейна озера (территория, воды с которой стекают в озеро Байкал) более полумиллиона квадратных километров и превосходит площади таких государств как Испания или Франция.
Вода, приходящая в озеро с притоками (главные из них – реки Селенга, Баргузин, Верхняя Ангара), проводит в нем более четырехсот лет, прежде чем покинет его через исток реки Ангары. Это, во многом, объясняет уникальную чистоту вод озера: четыре столетия – вполне достаточный срок для того, чтобы растворенные вещества и взвеси, содержавшиеся в воде притоков, были связаны или поглощены микроскопическими обитателями Байкала и осели на дно.
Важной особенностью, отличающей Байкал от других глубоких озер, является высокая концентрация кислорода в его водах, распространяющаяся до наибольших глубин. Для сравнения можем упомянуть, что в следующих по «рэйтингу максимальной глубины» за Байкалом африканских озерах Танганьика и Ньяса (наибольшие глубины 1470 м и 758 м, соответственно) кислород отсутствует, начиная с отметки сто - сто пятьдесят метров.
Байкал покрывается льдом достаточно поздно (в январе), а полностью освобождается ото льда только в июне-июле. Толщина байкальского льда (до полутора метров) даже позволила проложить по нему железнодорожный путь для срочной переброски грузов во время русско-японской войны.
Гигантский объем воды озера служит своеобразным «стабилизатором» климата его окрестностей. Летом в байкальском регионе холоднее, а зимой – теплее, чем в остальной Восточной Сибири. Мягкость байкальского климата позволяет жить в этом регионе растениям и животным, более характерным для Приморского края (барбарис, сибирская лиана, гигантские цикады, бабочки махаон и аполлон), чем для Сибири. Это же обстоятельство позволило пережить оледенение и многим древним уникальным видам растений, нигде, кроме байкальского региона не сохранившимся.
Древность озера и его длительная изоляция позволили сформироваться уникальному растительному и животному миру Байкала. Общее число эндемичных (нигде, кроме Байкала, не встречающихся) видов животных сейчас приближается уже к двум с половиной тысячам. Среди них такие яркие и разнообразные группы как турбеллярии (плоские черви, более пятидесяти видов), моллюски (около ста видов), бокоплавы (почти триста видов), байкальские бычки (тридцать видов) и многие другие. Интересно, что в Великих Африканских Озерах (например, в оз. Танганьика) также сложился комплекс эндемичных видов. Причины его формирования – те же, что и для Байкала: возраст и изоляция. Разнятся только причины изоляции: в случае оз. Байкал это оледенение, для Африканских Озер – необыкновенная засуха, впрочем, связанные друг с другом. Наиболее известны из байкальских животных омуль и нерпа, ставшие своеобразными «символами Байкала». И омуль, и нерпа, кстати, как сейчас принято большинством специалистов – «новоселы» в озере, они проникли туда относительно недавно (порядка ста тысяч лет тому назад), а не сформировались в Байкале, как эндемичные виды.
Наибольшее число видов растений и животных видов связано с дном озера. Среди донных растений бросаются в глаза изяществом своей формы водоросли эндемичного рода драпарнальдия. Байкальские губки распространены от уреза воды, где они покрывают камни коркообразными наростами до значительных глубин. Губки получают пищу, постоянно фильтруя воду. Заросли губок, подобно морским кораллам дают приют множеству других видов – симбиотическим водорослям, бокоплавам, моллюскам, червям.
Менее разнообразное население толщи вод, тем не менее, осуществляет «львиную долю» круговорота вещества в экосистеме озера и основная часть потока энергии проходит именно через это биологическое сообщество, называемое пелагическим (от греческого слова «пелагос» - море). Основа любой экологической системы – организмы, создающие органическое вещество, так называемую первичную продукцию. В большинстве экосистем эта роль отведена зеленым растениям. Не является исключением и озеро Байкал. Главными первичными продуцентами здесь выступают населяющие толщу вод микроскопические водоросли (фитопланктон), которые служат пищей эндемичному планктонному рачку – байкальской эпишуре. Эпишура – главный источник пищи для хищного пелагического бокоплава макрогектопуса. Эпишурой и макрогектопусом питаются байкальские пелагические бычки – длиннокрылка и желтокрылка. Эти бычки практически «порвали с жизнью на дне» (в отличие от своих сородичей, ведущих донный образ жизни) и возвращаются на дно только для откладывания икры. Еще дальше зашли в этом направлении развития оба вида эндемичного байкальского семейства голомянок. Они совершенно не связаны с дном, поскольку перешли к живорождению. Основу их рациона также составляют эпишура и макрогектопус. Голомянки составляют большую часть биомассы байкальских рыб (около 90%). В свою очередь упомянутыми рыбами (пелагическими бычками и голомянками) кормится нерпа. Тела всех организмов (от микроводорослей до нерпы) после смерти перерабатываются бактериями толщи вод и донных осадков и атомы, составлявшие их органическое вещество, перегруппировавшись в неорганические соединения, возвращаются вновь в круговорот через фотосинтез водорослей.
Первые сведения о Байкале, которые можно, более или менее условно, считать научными традиционно относят к XVII-му столетию. В середине семнадцатого века был сделан первый «чертеж Байкала», российский посланник в Китай Милеску Спафарий в своей книге достаточно подробно описал природу Байкала и окрестностей. Широко известно также описание Байкала в житии протопопа Аввакума.
Настоящие научные исследования озера начались в восемнадцатом веке. Здесь нельзя не упомянуть Д. Г. Мессершмидта, Г. Ф. Миллера, И. Г. Гмелина, Г. В. Стеллера, И. Г. Георги, П. С. Палласа. Во второй половине девятнадцатого века регулярное научное изучение Байкала связано, в первую очередь, с именами Бенедикта Дыбовского и Виктора Годлевского – ссыльных участников Польского восстания 1863-1864 годов. Энергичные, любопытные, целеустремленные, не любившие праздность, обладавшие неплохим общим образованием поляки заложили основы изучения рельефа дна озера, донных осадков, температурного и ледового режима. Б. И. Дыбовский по праву может считаться фактическим первооткрывателем необыкновенного богатства и своеобразия фауны Байкала, целого мира моллюсков и бокоплавов, равноногих рачков, малощетинковых и плоских червей, губок и бычков.
Вклад Академии Наук в изучение озера в ХХ веке достаточно полно освещен в широко научно-популярной литературе. Нам хотелось бы подробнее остановиться на исследованиях Байкала учеными Иркутского государственного университета.
История научной работы в университете естественно связана с историей исследования природы Байкала, поскольку Иркутский университет – ближайший к озеру и старейший крупный научный центр.
История происхождения озера всегда привлекала внимание геологов университета. Старейший геолог Иркутска, основатель геологической школы Восточной Сибири профессор А. В. Львов посвятил этому вопросу капитальную сводку «Геологическая история Прибайкалья и проблема образования Байкала». Работавший в университете в годы войны известный геолог С. В. Обручев, сын знаменитого академика В. А. Обручева, одного из первых геологов, занимавшихся «байкальским вопросом» еще в XIX веке, также посвящает ряд работ проблемам геологии озера. Крупный ученый Е. В. Павловский, публиковавший работы по истории происхождения озера в 30-е годы, после перехода в университет в 1946-м году практически целиком посвящает свои работы проблемам байкаловедения. «Байкальская проблема» постоянно находилась в центре научных интересов непосредственного ученика А. В. Львова – член-корреспондента АН СССР Н. А. Флоренсова. Вопросы истории байкальской котловины, происхождения озера всегда оставались главными темами его работы. Результатом ее стала новая модель происхождения впадины Байкала за счет действия мощного глубинного источника энергии и растяжения земной коры.
Изучение химического состава вод озера было начато основателем Иркутской химической школы, первым заведующим кафедрой химии и первым деканом химического факультета профессором А. Г. Франк-Каменецким. В дальнейшем изучение гидрохимического режима озера было продолжено его учениками, в том числе, ректором университета (1962-1967) П. Ф. Бочкаревым.
Первым научным учреждением биологического профиля на берегах озера была Байкальская биологическая станция, которая вскоре после создания в 1916 году, в 1919-м была передана университету. Уже первые профессора университета внесли существенный вклад в изучение биологии озера. С. И. Тимофеев исследовал байкальских многощетинковых червей, декан медицинского факультета В. Т. Шевяков – биологию донных животных и простейших, В. Ч. Дорогостайский составил первый определитель байкальских рыб. Первый декан физико-математического факультета Б. А. Сварчевский исследовал байкальские губки и инфузорий. Он же стал первым директором созданного по его инициативе в 1923 г. Биолого-Географического научно-исследовательского института (ныне Научно-исследовательский институт биологии). В. Н. Яснитский, бывший директором Байкальской биологической станции в 1925-1931 годах, описал динамику байкальского планктона, явление гигантизма байкальских организмов, первым связал перемещение омуля с развитием эпишуры.
Особым этапом в изучении биологии озера Байкал стали исследования Михаила Михайловича Кожова, бывшего студентом и аспирантом Б. А. Сварчевского. Именно М. М. Кожов организовал круглогодичные стационарные наблюдения за планктоном озера, ежегодные кругобайкальские экспедиции. Эти работы сейчас стали обязательным элементом исследований озера, именно им мы обязаны установлению закономерностей пространственного распределения байкальских организмов, его изменений во времени. Многочисленные экспедиции в различные районы Сибири помогли установить исторические связи животного мира Байкала и пролить свет на его происхождение и эволюцию. Одно из самых ценных наследий, оставленных М. М. Кожовым – созданная им школа байкаловедов. И в университете, и в Лимнологическом институте РАН, и в других научных организациях Сибири сейчас работают биологи – ученики М. М. Кожова первого, второго и уже третьего поколений.
Если при предшественниках и учителях М. М. Кожова - профессорах Иркутского университета Б. А. Сварчевском, В. Ч. Дорогостайском, В. Т. Шевякове, С. И. Тимофееве, В. Н. Яснитском только начало возникать представление о необходимости новой области знаний - науки о Байкале, если трудами М. М. Кожова она родилась и получила имя - байкаловедение, то работами О. М. Кожовой эта наука окончательно оформилась, обрела свой теоретический аппарат, устоявшиеся приемы и методы исследования.
Ольга Михайловна Кожова всегда находилась на переднем крае науки, внедряя и пробуя всё новое, показавшееся ей перспективным, и очень редко ошибалась. В теоретических работах она часто опережала современную ей научную мысль и по праву входила в число крупнейших экологов наших дней, которых можно перечесть буквально по пальцам. Ольга Михайловна никогда не замыкалась в рамках биологии. Она была в числе первых, осознавших, что для изучения экологии и, главное, для решения вопросов охраны природы следует профессионально знать не только такие сопредельные науки как географию (климатологию, гидрологию, геоморфологию, лимнологию) и геологию (геохимию, гидрогеологию, геотектонику), но и экономику, социологию, этнографию и юриспруденцию.
В результате многолетних научных исследований О. М. Кожовой, ее учеников и сотрудников, создана концепция изменчивости и устойчивости водных экологических систем центральной Азии (озера Байкал и сопредельных с ним озера Хубсугул, Иркутского, Братского, Усть-Илимского водохранилищ). Кроме того, были установлены причины изменчивости многих процессов, охарактеризованы антропогенные изменения озера Байкал, разработаны система комплексного экологического мониторинга, нормы экологически допустимого воздействия на озеро, стратегия сохранения биоразнообразия экосистемы Байкала, охватывающая как экологические, так и правовые аспекты сохранения биоразнообразия.
История возникновения озера всегда привлекала внимание ученых. В XVIII столетии многие полагали, что горные озера обязаны своим происхождением землетрясениям и вулканической активности, другие считали озерные впадины следами древних речных долин. И. Г. Георги и П. С. Паллас примкнули к первой школе, объявив Байкал гигантским провалом, образовавшимся в результате катастрофического землетрясения. В XIX в. известный исследователь Сибири И. Д. Черский опроверг эту гипотезу и высказал предположение, что котловина Байкала – медленно сжимающаяся и углубляющаяся складка земной коры, возникшая в глубокой древности. Академик В. А. Обручев считал, что впадина Байкала – грабен (опускание земной коры между двумя параллельными разломами-сбросами), один из многих частью опущенных, частью приподнятых блоков, на которые разбито «древнее темя Азии».
С появлением в Иркутске университета, а позже и многочисленных геологических научных учреждений исследования истории озера получили новый импульс. Профессор А. В. Львов в своей книге «Геологическая история Прибайкалья и проблема образования Байкала» указал на удивительное сходство впадин Байкала и другого глубочайшего озера – Танганьика. Е. В. Павловский выдвинул гипотезу аркогенеза – пологих, длительно развивающихся складок верхних частей земной коры, типичных как для Прибайкалья, так и для области Великих африканских озер.
Н. А. Флоренсовым и его ближайшими учениками (Н. А. Логачевым, Ю. А. Зориным и другими) была создана модель происхождения впадины Байкала за счет действия мощного глубинного источника энергии и растяжения земной коры.
Сильно упрощая изложение, можно сказать, что формирование байкальской впадины началось приблизительно 20-25 млн. лет тому назад, когда на границе ядра Земли и мантии возник мощный источник глубинной энергии. Следует отметить, что наш регион не уникален в этом отношении, такие источники имеются и под другими подобными зонами, которые называются рифтовыми, – в Калифорнии, Центральной Европе, Восточной Африке. Причины появления этих источников энергии неизвестны и можно предполагать, что они возникают случайно. Читателю, наверное, доводилось наблюдать, как при закипании воды в кастрюле, образуются «очаги кипения» - некоторые участки дна кастрюли, от которых наверх протягиваются течения более горячей, чем окружающая, воды. Это наиболее наглядное представление об очагах возникновения «аномальной» (горячей и легкой) мантии. Все рифтовые зоны отличаются высокой сейсмичностью, повышенной вулканической активностью и некоторыми аномалиями геофизических полей.
Аномальная мантия накапливается над своим источником и начинает приподнимать земную кору. Скопившаяся под возникшим вздутием коры аномальная мантия растекается поверх нормальной мантии, создавая силы, растягивающие кору. Последняя, в свою очередь, стремится соскользнуть со склонов образовавшейся выпуклости. Естественно, образуются многочисленные трещины и разломы, происходят землетрясения, мантия изливается наружу в вулканических извержениях.
Упомянутые выше аномалии геофизических полей (гравитационного, теплового, магнитного) наблюдаются в районе Байкала. Так, отвес отклоняется у восточного берега к востока, у западного – к западу от вертикального положения. Это объясняется значительно большей толщиной земной коры под окружающими озеро горными хребтами (42-46 км), по сравнению с толщиной коры под озером (34-35 км). Тепловой поток из недр Земли на Байкале выше «нормального» значения в 3 раза. Очевидно, это связано и с большей близостью мантии на Байкале, и с ее повышенной температурой. Источники магнитных аномалий в рифтовой зоне также расположены ближе к поверхности, чем под остальной Сибирской платформой (18 километров вместо обычных 33-х). Это свидетельствует о близости к земной поверхности слоя с температурой 450°С, выше которой титаномагнетит теряет свои магнитные свойства.
Возникшие при растяжении и разломах земной коры впадины стали быстро заполняться водой. Древнейшей из них считается средняя. Позже возникла южная котловина, слившаяся со средней. Около 1 млн. лет назад существовало два озера, одно - включавшее современные южную и среднюю котловины и, отделенное от него современным островом Ольхон и ныне подводным Академическим хребтом, северное. Около 500 000 лет назад эти озера соединились, образовав почти современный Байкал. Байкал соединялся тогда с Мировым Океаном не через бассейн Енисея, а через Лену. Именно через Лену, как полагают исследователи, проникли в озеро нерпа и омуль. Древнее русло, по которому вода покидала Байкал, – нынешняя река Манзурка.
Примерно 100 тысяч лет тому назад, в результате сильного землетрясения опустился участок берега Байкала в районе современного поселка Лиственничное. Воды Байкала хлынули в образовавшийся проход, образовав современную Ангару. Не исключено, что именно эта катастрофа (а не катастрофой это не могло быть) вдохновила наших древних предков на создание легенды о бегстве красавицы дочери Ангары от грозного отца Байкала к красавцу Енисею. К слову сказать, Енисей был женихом довольно незавидным – к точке слияния Енисея и Ангары последняя приносит значительно больше воды…