Экологические факторы морской биогеографии
В Мировом океане и его морях наблюдается большое разнообразие экологических условий: сочетание абиотических и биотических факторов, от которых зависит распределение жизни. К первым относятся: подводная освещенность, температура, соленость, плодородие вод и др.
Потребности разных видов к напряженности тех или иных условий неодинаковы: одни требуют много света, другие его не выносят; одни любят тепло, другие - низкие температуры их п. Ход жизни не нарушается, если все факторы действуют в привычном для организма количестве. Однако картина резко меняется, если величина одного из факторов начнет уменьшаться. Среда жизни в океане предоставляет большие преимущества для ее обитателей - гидробионтов.
Во-первых, морские организмы живут в более постоянных условиях, благодаря чему им не требуются особые покровы и приспособления, которые необходимы обитателям суши для защиты от резких изменений тех или иных экологических факторов.
Во-вторых, жизнь в океане возможна в толще воды, вплоть до самых больших глубин. Многие морские организмы весь жизненный цикл, от рождения до смерти, проводят не соприкасаясь с дном; свыше 90 % донных обитателей имеют планктонную стадию развития. На суше лишь немногие существа способны летать и парить в воздухе, но и они для питания и размножения вынуждены опускаться на землю.
В-третьих, воды океана, особенно прибрежные, характеризуются высоким плодородием, обеспеченным огромными запасами взвешенных и растворенных питательных веществ. Многие донные животные, особенно беспозвоночные, ведут сидячий образ жизни, поглощая все необходимое прямо из морской воды. Растворенными в воде питательными солями питаются водоросли.
В-четвертых, плотность морской воды обеспечивает физическую поддержку обитающим в ней организмам, благодаря чему многие гидробионты не нуждаются в скелетных тканях и имеют мягкую консистенцию. Вынутые из воды они становятся вялыми и бесформенными, представьте себе медузу Морская вода нейтрализует действие силы тяжести, благодаря чему в ней сохраняют плавучесть организмы с большой массой тела: гигантские кальмары достигают 30 м в длину, вес кита -150 т. На суше такие крупные организмы не могут существовать, они будут просто раздавлены весом собственного тела.
Температура
В зависимости от широты места меняется не только абсолютное значение температуры, но и ход изменения температуры поверхностного слоя в течение года. По этому признаку поверхностные воды океанов подразделяются на области умеренных широт со значительными изменениями температуры в течение года, и области, где в течение года изменения температуры незначительны: в высоких широтах постоянно холодно, в тропических - тепло.
В целом водная среда характеризуется намного более ровным ходом температуры, по сравнению с наземной: для большинства гидробионтов температура не поднимается выше 25 - 30 °С и не опускается ниже О °С (амплитуда около 30 °С); исключение составляют условия литорали, на которую во время отлива в высоких широтах воздействуют крайне низкие зимние температуры, а в тропических - крайне высокие летние (амплитуда может достигать 100 °С).
В основе экологического воздействия температуры лежит ее влияние на самые важные функции живых организмов - обмен веществ и размножение. Градиенты температур в пространстве и во времени существенным образом сказываются на распределении жизни. Там, где имеются высокие температурные градиенты, создаются непреодолимые барьеры для распространения стенотермных организмов. Для большей части объема Мирового океана характерны прохладные (10°С) или даже холодные(1 - 0°С) воды. Глубже слоя температурного скачка повсеместно, от экватора до высоких широт, господствуют температуры, едва превышающие 0 °С. Приспособлением к жизни при низких температурах является особая активность ферментов. Метаболизм антарктических гидробионтов, например, сохраняется высоким в переохлажденной морской воде при температуре ниже 0°С.
Главный источник тепла в океане - солнечное излучение. Распределение температур воды, определяемое, прежде всего, величиной радиационного баланса, носит четко выраженный зональный характер. Биогеографическим следствием этого является широтная зональность жизни.
Теплые и холодные течения вызывают биогеографические инверсии: под влиянием теплых вод Гольфстрима, у мурманского побережья Баренцева моря, происходит проникновение бореальных форм в высокие арктические широты; холодное Лабрадорское течение у атлантического побережья Северной Америки, напротив, вызывает проникновение холодноводных видов далеко на юг.
С глубиной ниже слоя температурного скачка температура воды в океане понижается до 1 - 2 °С и остается почти неизменной на всех широтах. Это вызывает эффект, подобный вертикальной поясности в горах. Между условиями жизни животных на глубине и в холодных водах полярных морей имеется определенное сходство. Например, в планктоне Берингова моря у поверхности распространена копепода Eucalanus; она же у экватора обитает на глубине 800 м. Черная гренландская акула в тропических водах, у берегов Калифорнии, обычна на глубине нескольких сот метров, а в арктических морях она обитает на мелководье.
Важное экологическое значение имеет сезонный ход температур. Он выражен в основном в поверхностных водах умеренных широт. В северном полушарии лето жарче, а зима холоднее, амплитуда температур воды достигает 10 °С; южное полушарие в целом холоднее и амплитуды температур воды меньше, около 5 °С. Наряду с изменениями освещенности сезонный ход температур служит сигналом для начала важнейших жизненных функций организмов: размножения, роста, начала миграции и др.
Соленость
Минерализация Мирового океана началась с момента его образования из паров мантийного материала, поступавшего на земную поверхность при извержении вулканов в виде базальтовой магмы, содержавшей до 7% ювинильной воды.
Этот процесс занял относительно короткий промежуток времени около 4,5 млрд лет назад.
Конденсированные воды Земли, проходя через атмосферу, насыщенную тогда СОг, СО, СН.4, H2S, H3BO3 HC1, HF, сразу же становились кислыми. Скатываясь по свежим поверхностям застывших первозданных потоков лавы, они, естественно, быстро минерализовались.
Находившиеся в ювинильных и конденсированных водах крепкие кислоты оказывали сильное воздействие на изверженные породы, выщелачивая из них натрий, магний, кальций, барий вместе с катионами двухвалентного железа и марганца.
На поверхности суши, постоянно омываемой кислыми дождями, развивались энергичные процессы гидролиза и гидратации разных минералов. Таким образом, химическое выветривание привело к образованию основной массы катионов в водах первичного океана.
По утверждению В.И. Вернадского (I960), которое со временем получает все больше доказательств, никогда в течение всего геологического времени не наблюдались лишенные жизни геологические эпохи.
Количество живого вещества было примерно равно современному и оно выполняло те же геохимические функции.
Следует уточнить, что на протяжении 4 млрд. лет, до верхнего палеозоя, жизнь сосредотачивалась преимущественно в океане, суша была безжизненной. В химической эволюции Мирового океана именно биологический фактор играл решающую роль. Благодаря функциям живого вещества изменилось соотношение ионов: из кислой вода приобрела слабо щелочную реакцию; фотосинтез обогатил воду и атмосферу свободным кислородом; образование биогенных известняков регулировало содержание углекислого газа в атмосфере и т. п.
Соленость морской воды - один из важнейших экологических факторов, контролирующий распространение морских организмов. Средняя соленость Мирового океана 35%о, что составляет 35 г на 1000 г воды. Из общего состава солей 27%о приходится на долю хлористого натрия, а остальные - главным образом на соли магния, кальция и калия: хлориды NaCl, MgCb, сульфаты MgSC«4, CaSC«4, K2SO4, карбонаты СаСОз. Поскольку соли диссоциированы, химический состав указывается в ионах.
Перечисленные ионы являются главными, поскольку они составляют 99,99 % всех растворенных в море минеральных веществ. Замечательным свойством морских вод является однородность состава. Это положение считается важнейшей закономерностью химии океана и формулируется следующим образом: в воде открытого океана, независимо от концентрации солей, количественные соотношения между главными ионами всегда одинаковы.
В Мировом океане уже на заре формирования биологического разнообразия установились равновесия, поддерживающие постоянство химических условий жизни. Поэтому типичные морские обитатели весьма требовательны к солености вод, они стеногалинны. Колебания солености изменяют осмотическое давление в клетках, к чему крайне чувствительны гидробионты.
Например, мангровая растительность приурочена к литорали тропических морей Соленая морская вода, почвенные рассолы в условиях жаркого климата способны создать на литорали осмотическое давление до 30 атм. Чтобы возникла сосущая сила корней, разница осмотического давления между корнями и листьями мангр должна составлять 10 атм, т. е. 40 атм.
Существование осмотических градиентов между клетками и окружающей средой создает опасность обводнения, вплоть до разрыва клеток, когда организм, приспособленный к жизни в воде с нормальной соленостью попадает в опресненные условия. По этой причине гидробионты, обитающие в водах с полной соленостью, не выносят опреснения. Снижение солености сопровождается резким качественным обеднением населения моря.
Гидробионты включают морскую воду как физиологический раствор в процессы метаболизма. Выход животных на сушу, в пресные воды сопровождался выработкой приспособлений, защитивших их внутреннюю химическую среду. Но состав нашей крови по-прежнему напоминает о морском происхождении предков: несмотря на длительную эволюцию млекопитающих, в том числе человека, кровь сохранила химическое сходство с соленостью морской воды. При большой потере крови жизнь человека можно поддержать на несколько часов, если ему сделать внутривенное вливание чистой морской воды.
География солености Мирового океана в общих чертах подчиняется закону широтной зональности. В открытом океане на ее изменения влияет количество атмосферных осадков, а также величина испарения. На профиле, проходящем вдоль меридиана от Северного полюса до Антарктиды, преобладанию осадков в умеренных широтах отвечает пониженная соленость, преобладанию испарения в тропиках - повышенная (рис. 3.6). Соленость увеличивается при образовании льда, поскольку замерзает только пресная вода, а рассол стекает в море. Опреснение вблизи берегов вызывает речной сток.
Кальций необходим гидробионтам для строения скелетов или покровов. Обычно он представлен карбонатом СаСОз. Минерализация морских вод отличается от континентальных пониженным содержанием СаСОз. Биологическое карбонатообразование - мощный насос, откачивающий не только кальций из морской воды, но и углекислый газ из атмосферы Земли, что препятствует резкому увеличению парникового эффекта.
Динамика СаСОз в океане зависит от температуры и содержания ионов НСОз: в теплых водах наблюдается дефицит НСОз и пересыщение СаСОз (это акватории, где обитают организмы с известковым скелетом; в тропиках - коралловые рифы, моллюски с массивными раковинами); в холодных водах высоких широт повышается содержание НСОз, карбонат кальция в дефиците (здесь известковый скелет организмов редуцирует, в покровах увеличивается роль хитина); карбонатные частицы, опускаясь в холодные глубины океана, постепенно растворяются, глубоководные отложения лишены карбонатов.
Существенные физико-химические и биологические изменения происходят в морских водах, когда соленость опускается ниже 24,69 %о . Этот рубеж известен под названием "граница Книповича". Воды с соленостью выше названной величины принято считать настоящими морскими, ниже - солоноватыми. При зимнем охлаждении в них по-разному идут процессы конвекционного перемешивания: в морских водах плотность воды прямо пропорциональна температуре: чем ниже температура, тем плотнее вода. В высоких широтах в течение всего холодного сезона охлаждающиеся поверхностные воды опускаются вниз; они несут кислород, что благоприятствует жизни на дне. Солоноватые воды ведут себя
На профиле от Северного полюса до Антарктиды видно, что пониженные значения солености совпадают с преобладающим выпадение осадков, повышенные - с преобладающим испарением как пресные: наибольшей плотности они достигают при температуре около 4 °С , при дальнейшем понижении температуры плотность воды уменьшается, и они остаются на поверхности. Поэтому в солоноватых морях (на Балтике, Азовском море, в Северо-западной части Черного моря и др.) возникает зимняя стагнация вод, часто сопровождающаяся дефицитом кислорода, замором.
Граница Книповича является важным экологическим рубежом распространения гидробионтов. Примером может служить качественное обеднение средиземноморской биоты при ее переходе из вод с соленостью 37-38 %о в Черное (17-18%о) и Азовское (менее 10%о) моря. Качественное обеднение в солоновато водных морях захватывает в первую очередь наиболее стеногалинную часть населения: радиолярий, сифонофор, кораллов, многие группы ракообразных, головоногих и многих брюхоногих моллюсков, иглокожих, оболочников, рыб. Количество средиземноморских видов в Черном море снижается в 4 раза, в Азовском - в 30 раз. Зато опресненные акватории обогащаются представителями каспийской и пресноводной биоты. Реки несут в море много питательных веществ, поэтому солоноватоводные бассейны (в частности Черное и Азовское моря) по своей биопродуктивности превосходят Средиземное море, характеризующееся повышенной соленостью.
Как уже было сказано, главные ионы составляют 99,99% всех растворенных в морской воде минеральных веществ. Несмотря на то, что доля остальных веществ составляет ничтожную часть общей минерализации, они играют важную роль в биологических процессах. Речь идет о биогенных веществах и микроэлементах.
К биогенным веществам относятся соединения фосфора, азота и кремния, без которых не могут развиваться никакие процессы жизнедеятельности. Фосфор и азот являются составными частями тканей каждого живого организма; их роль в природных водах аналогична роли удобрений в сельском хозяйстве. Благодаря биогенам морская вода, так же как почва, обладает замечательным свойством - плодородием, способностью обеспечивать рост и воспроизводство морской растительности.
Основной процесс, уменьшающий содержание биогенов в морской воде, - потребление растениями. В пелагиали, когда растения (фитопланктон) "выедают"' питательные соли, функционирование экосистемы затухает. С "дождем трупов" биогены уносятся на дно. Воды становятся безжизненными. Регенерация биогенных веществ осуществляется преимущественно на больших глубинах в результате минерализации мертвого органического вещества бактериями. В зону фотосинтеза питательные соли возвращаются в местах подъема глубинных вод.
Микроэлементы (бром, йод, марганец, железо, медь, титан, бор, фтор, барий, литий, никель, кобальт, радий и др.) содержатся в морской воде в очень малых количествах, менее 1 мг/л. Несмотря на малые концентрации, их роль в жизни гидробионтов весьма значительна. Они участвуют в синтезе биологически активных веществ - витаминов и гормонов. Например, медь входит в состав дыхательного пигмента (гемо-циана) многих беспозвоночных; ванадий участвует в дыхательном процессе оболочников; для развития диатомовых водорослей необходимо железо.
В морской воде содержится известное количество радиоактивных элементов, создающих так называемый естественный радиоактивный фон океана. Их количество резко увеличивается после испытаний ядерного оружия, сброса радиоактивных отходов в море и т. п. В береговую зону поступают ядовитые соединения свинца, ртути, мышьяка и др. Благодаря способности гидробионтов концентрировать в своем теле вещества из слабых растворов употребление морепродуктов в пищу становится опасным и для здоровья человека.
|
|
Читайте в рубрике «Экология океана»: |
Декларации о плате НВОС
Оформление декларации о плате НВОС от ООО ЭП "ФлорЭко" - это всегда качественно и быстро.
flor-eco.ru
Https://ecopromcentr.ru/
Окажем услугу - разработка сзз стоимость https://ecopromcentr.ru/ по всей России.
ecopromcentr.ru