Химический, биогенный и газовый состав вод океана
Биогеография морей, океанов и островов
Выполнил: студентка Шкаричева Ю.Н. Группа: ФЭГ - 51 Проверил: Брунов В.В.
Вологда Биогеография Лекция 6 Тема: Биогеография морей, океанов и островов Вопросы: 1. Океаны и моря как среда обитания а) свет и глубины б) температура в) лед г) соленость, плотность и газовый состав д) течения, приливы, отливы, апвеллинг е) трофность, зоны контактов ж) электрическая активность 2. Экологические области океана и их обитатели (рифты как места видообразования) 3. Обитатели внутренних морей (Черное, Каспийское, Азовское)
Океан как среда жизни Единую природу Мирового океана формирует тесное взаимодействие физических, химических и биологических процессов, взаимообусловленности которых содействует вечное движение водных масс. Их перемещение, образующее единую генеральную систему течений, служит основой единства Мирового океана и влияет на состояние атмосферы и биосферы Земли». Водные массы.Процессы обмена энергией и веществом в океане и особенности движения приводят к разделению вод океана по физико-химическим свойствам и составу живущих в них организмов на различные, сравнительно однородные крупные объемы. Это как бы океанические аналоги природных ландшафтов суши, получившие название «водные массы». «Водной массой, — согласно А.Д.Добровольскому (1961), — следует называть некоторый сравнительно большой объем воды, формирующийся в определенном районе Мирового океана — очаге, источнике этой массы, — обладающий в течение длительного времени почти постоянным и непрерывным распределением физических, химических и биологических характеристик, составляющих единый комплекс и распространяющихся как одно единое целое». Водные массы отражают физико-географические черты районов формирования, где они получают свои характерные свойства, и пути распространения. Так, водные массы, образовавшиеся вокруг Антарктиды, опускаются в глубинные и придонные слои и распространяются к низким широтам, по пути происходит смешивание их с другими водами. Главными показателями водной массы как среды служат ее температура и соленость. Обычно выделяют 5 типов вод: поверхностные (до 75-100 м), подповерхностные (до 300 м), промежуточные (500-1000 м), глубинные (1200-5000 м) и придонные. Большинство промежуточных, глубинных и придонных водных масс формируется из поверхностных. Опускание поверхностных вод происходит главным образом за счет тех вертикальных перемещений, которые вызываются их горизонтальным обращением. Особенно благоприятны условия для образования водных масс в высоких широтах, где развитию интенсивных нисходящих движений по периферии циклонических масс способствуют высокая плотность вод и небольшие вертикальные ее градиенты. Границами различных типов водных масс являются слои, разделяющие структурные зоны. По мере удаления от поверхности океана количество водных масс уменьшается. Так, было выделено 11 типов поверхностных водных масс, по 6 типов промежуточных и глубинных и 4 типа придонных. Водные массы называют по месту их расположения или формирования. К числу наиболее важных характеристик водных масс А.Д. Добровольский (1990) относит следующие: 1. Индивидуальность водных масс. Каждая водная масса формируется в определенных физико-географических условиях и более или менее устойчиво существует во времени и пространстве, в частности, она не распространяется в окружающей воде, не смешивается полностью с соседними водными массами. Причина этого — достаточное различие в плотности, при котором турбулентный обмен через границы незначителен. Полезным показателем, характеризующим водную массу, часто бывает концентрация растворенного кислорода, а также концентрация биогенных веществ. Водная масса обычно имеет определенные характеристики и присущую ей биоту, в которой могут быть свои виды-индикаторы. 2. Иерархическое строение водных масс из соподчиненных 3. Временные и пространственные трансформации водных масс. Эти характеристики особенно важны для изучения биологии и химии океана. Среди водных масс различают первичные и вто ричные. Первичные водные массы («основные») занимают каж дая одну из климатических зон океана, где они формируются под влиянием местных условий. Вода, вошедшая в состав пер вичной водной массы, сравнительно долго остается там, где пос ледняя сформировалась. Так, первичная субарктическая водная масса Тихого океана обновляется в год на 10%. Вторичные вод ные массы образуются в результате смешения двух соседних пер вичных масс или в результате проникновения в океан воды из какого-либо моря. Согласно К.В. Беклемишеву (1969), «водные массы являются не только понятием, пригодным для комплексной характеристики вод, но и реальными объектами, фактически слагающими массу воды, наполняющую океаны». В Мировом океане существует тесная зависимость между динамикой водных масс и населяющими их организмами. За счет климатических и гидродинамических особенностей циркуляционных систем в них формируется своеобразный гидрохимический и температурный режим, что приводит к образованию в этих областях специфических экологических условий.
Температура . Она зависит от географической широты, сильно меняясь в пространстве и во времени. Диапазон изменения составляет от +2° в высоких широтах до +60° в изолированных мелководных заливах в тропиках, однако на обширных пространствах тропического пояса температура составляет примерно 25° в поверхностном слое. Виды тропических морских организмов обитают в очень узком интервале температур. Сезонные потепления и похолодания ограничены примерно 100-метровой толщей (сезонный термоклин), затем следует слой до 2000 м, где температура очень постепенно уменьшается (постоянный термоклин). Ниже идет глубинная водная масса с температурой 0...+4°. В самых глубоких слоях, 6000—11 000 м, колебания температуры составляют от 1,1 до 3,6 "С. Годовые колебания температур редко превышают 6-7°, а в полярных водах 2°. Вода быстро охлаждается с глубиной и даже в тропиках на дне Атлантического океана температура составляет 0,5°, а в Белом море глубже 50 м вода всегда охлаждена до —1,4°. В океанах градиенты температур в местах соприкосновения водных масс создают «барьеры», не преодолимые для фауны. По мнению палеогеографов, температура поверхности океана существенно не менялась на протяжении последних 800 млн лет. Диапазон температуры, в котором происходит нерест и эмбриональное развитие многих морских животных, оказывается часто более узким и четко выраженным, чем диапазон температуры, в котором возможна нормальная жизнедеятельность взрослых животных. Поскольку процесс фотосинтеза инициируется солнечной радиацией, количество световой энергии в данной точке океана, безусловно, лимитирует первичную продукцию органического вещества. Освещенность поверхностных слоев моря зависит: от географической широты места, сезона года, облачности, высоты солнца над горизонтом и количества влаги в атмосфере. Интенсивность света быстро уменьшается с глубиной. В среднем на глубине 10 м для фотосинтеза доступно лишь 10% световой энергии, поступившей на поверхность моря, а на глубине 100 м — только 1 %. Зона первичного продуцирования ограничивается несколькими десятками метров от поверхности. В прибрежных водах, где обычно содержится значительно больше взвешенных частиц, чем в водах открытого океана, света на глубину проникает еще меньше. Вода поглощает в большем количестве красные лучи спектра и относительно лучше пропускает сине-фиолетовые. В связи с этим зеленые и бурые водоросли, обитающие ближе к поверхности моря, сменяются на больших глубинах красными водорослями, окраска которых является дополнительной к сине-фиолетовым лучам, проникающим на эти глубины. Еще глубже, от 200 до 500 м, сила света ослабевает настолько, что фотосинтезирующие растения исчезают полностью. В областях, лишенных света, складываются своеобразные экологические условия. Химический, биогенный и газовый состав вод океана. Океан — часть земной коры, и его химический состав претерпевал изменения за время преобразования коры, особенно в период до 2 млрд лет назад. Океан служит резервуаром, в котором перемешиваются вещества в непрекращающемся процессе превращения изверженных пород в осадочные материалы, привноса ионов реками и юве-нильными водами, а также перехода ионов в осадки. В.И. Вернадский (1926) писал: «Мировой океан с происходящими в нем сложными процессами равновесия не является изолированным в земной коре. Его вещество находится в теснейшем обмене с атмосферой и сушей, и этот обмен имеет огромное значение не только для химии моря, но и для химии всей земной коры». Нормальные пределы изменения солености Мирового океана 33,00-37,00%о, масса солей составляет 4,8 • 1018т. Соленость на поверхности открытого океана изменяется (в %о) от 32,5 в северной части Тихого океана и 34 в антарктических широтах до 36,0 в центрах интенсивного испарения в средних широтах Индийского океана и 37,0 в Атлантике, а в Персидском заливе — до 50—100. Если все соли, содержащиеся в растворе, извлечь и ровным слоем разместить на поверхности земного шара, то его толщина составит 12 м. Общее количество солей в океане составляет 5- 1016т. Практически все элементы таблицы Менделеева имеются в океанской воде, встречаясь прежде всего в виде соединений: силикатов, фосфатов, нитратов, нитритов, аммиака и органически связанного азота. Преобладают хлориды и карбонаты: на долю ионов хлора приходится 55,0% всех солей, карбонатов — 30,6, сульфатов — 7,7, магнезии 3,7, кальция — 1,2, поташа — 1,1, брома — 0,2, бора — 0,07%. Кроме биогенных элементов (N,P,Si) важную физиологическую роль в процессе развития фитопланктона играют также некоторые каталитические микроэлементы: например, Fe, Cu, Mg, Со и др., выступая в качестве катализаторов окислительно-восстановительных процессов, протекающих в живом веществе, оказывают значительное влияние на процессы фотосинтеза и обмена веществ. Недостаточность этих микроэлементов в морской воде является фактором, лимитирующим развитие фитопланктона. Принос в океан речным стоком биогенных элементов и микроэлементов, а также вынос их из глубинных слоев при подъеме вод и вертикальном перемешивании далеко не всегда компенсируют их недостаточность. Соответствующие расчеты количества микроэлементов, необходимых для обеспечения первичной продукции фитопланктона Мирового океана (Гордеев, Лисицын, 1979), показали, что в биологический круговорот вовлекаются и полностью (или даже неоднократно) используются поставляемые реками Ва, Ni, PI, Ag, Cd, Zn, Cu, Si. Очевиден напряженный баланс этих микроэлементов в океане. Распределение их концентраций по глубине свидетельствует о многократном превышении концентрации фосфатов и кремниевой кислоты в глубинной зоне по сравнению с поверхностным слоем. Уже на глубине 200 м это преобладание обычно бывает 2—4-кратным, а на глубине 800—1000 м — еще большим, сохраняющимся в более глубоко распространенных слоях. Круговорот кремния, фосфора и связанного азота почти целиком определяется процессом извлечения их фитопланктоном. Поступление растворенных форм этих элементов с речным стоком незначительно — менее 1%. Создание первичной продукции жестко лимитировано исключительной напряженностью «фонда» биогенных элементов. Наиболее продуктивными являются воды приарктических районов океанов, где зимой происходит интенсивная конвекция, а также приантарктических, где наблюдается постоянный подъем глубинных вод. Если в тонком поверхностном слое морей и океанов производится органическое вещество, то оно потребляется как здесь, так и в более глубоко лежащих слоях. Биомасса живых организмов после отмирания почти полностью минерализуется и частично переходит в донные отложения, подчас надолго выпадая из процессов обмена в биосфере. Нижележащие подстилающие воды в океане представляют собой своеобразное депо, слой аккумуляции минеральных биогенных элементов, где одновременно происходит их перераспределение. Некоторая и с каждым годом все возрастающая доля био массы водных организмов изымается Человеком. Время пребывания элементов уменьшает объем минеральных фондов биогенных элементов. Водные организмы используют для своего развития и воспроизводства множество различных элементов, причем некоторые из них включаются в процессы жизнедеятельности в микродозах. 99,9993% массы находящихся в воде соединений приходится на 11 ионов основного солевого состава (СГ, Na+, Mg2+, SO2', Са2+, К+, ВГ, НСОз, Sr3+, F и HS04_). Именно они требуются для синтеза живых тканей в значительных количествах. Органическая жизнь существует в природных водах любой солености, от слабоминерализованной воды северных речек и озер (< 0,1%о) до водоемов с самосадочной солью (~ 300%о). По отношению к солености различаются в качественном и количественном отношении главные типы водных организмов: морские, пресноводные, солоновато-водные и организмы пере-солоненных водоемов. Н.М. Книппович (1938) принимает за границу между морскими и солоноватыми водами соленость 24,7%о, при которой температура замерзания воды и температура ее наибольшей плотности одинаковы и составляют — 1,33°. Некоторые исследователи считают, что реальность установленной исключительно по физическому принципу границы Книпповича подтверждается фаунистическими материалами. Однако С.А. Зернов (1949) принимает за верхний предел солоноватых вод соленость 16%о, так как черноморская фауна до этой солености сохраняет типичный морской облик. Всех водных животных подразделяют на 2 большие группы: пойкилосмотические, внутренняя среда которых (кровь, лимфа, гемолимфа, целомическая жидкость) находится в осмотическом равновесии с внешней средой, и гомойосмотические, поддерживающие осмотическое давление внутренней среды на уровне, отличном от осмотического давления внешней среды. К пойкилосмотическим животным относится подавляющее большинство морских беспозвоночных и немногочисленные группы позвоночных. Осмотическое давление внутренней среды беспозвоночных обеспечивается прежде всего минеральными ионами; доля органических веществ очень мала. Напротив, у пойкил-осмотических позвоночных, способных к жизни в условиях переменной солености (зеленая жаба, таиландская лягушка-кра-боед), осмотическое давление внутренней среды наполовину или даже больше обеспечивается органическими веществами, в первую очередь мочевиной. Таким образом, создается осмотическое «противодавление», препятствующее движению воды через клеточную мембрану и тем самым сохраняющее относительное постоянство объема клетки. В биологических процессах, протекающих в морской воде, заметную роль играют некоторые газы. Из азота, кислорода и диоксида углерода, растворенных в воде в наибольших количествах, особое значение для поддержания жизни в океане имеет кислород. Содержание газообразного азота во всей толще вод океана сохраняется на уровне полного насыщения. Воды Мирового океана пополняются кислородом преимущественно за счет жизнедеятельности фитопланктона и притока из атмосферы. Из 223,6 млрд т кислорода, поступающего в океан за год, 220 млрд т (98,4%) создается в результате жизнедеятельности растений и 3,6 млрд т (1,6%) поступает из атмосферы. Поверхностные водные массы оказываются наиболее обогащенными кислородом, и именно они снабжают им более глубокие слои воды океана. Опускание холодных водных масс, течения, круговороты, сезонные и суточные вертикальные перемешивания — все эти процессы способствуют обогащению кислородом глубинных вод Мирового океана. На глубине водные массы постепенно теряют растворенный в них кислород. Поэтому, как правило, содержание кислорода в пределах абиссальных глубин сильно понижено, а в некоторых впадинах (в Черном, Балтийском морях, Норвежских фиордах и др.) он полностью отсутствует, что ограничивает или даже исключает растительную и животную жизнь. В некоторые годы дефицит кислорода наблюдается в северозападной части Индийского океана. В период зимнего муссона опресненные поверхностные воды Бенгальского залива и Андаманского моря выносятся Северо-Восточным течением в Аравийское море и образуют устойчивый слой, почти полностью прекращающий вертикальную конвекцию и способствующий быстрому образованию кислородного дефицита в подстилающих его слоях. В результате происходит массовая гибель рыбы, иногда масса погибшей рыбы достигает нескольких миллионов тонн. Итак, кислородный режим является важным фактором, определяющим объем и характер биопродуктивности вод. По самым ориентировочным подсчетам, примерно 0,6 млн км2 площади шельфа и верхней части склона в Мировом океане из-за крайне неблагоприятного кислородного режима исключается из числа перспективных районов для промысла придонных рыб. Течения. Динамика вод открытых районов Мирового океана выражается главным образом в виде течений, локальных или охватывающих огромные пространства широтных и меридиональных потоков. Течения являются основным средством расселения морских организмов,но могут стать и барьером на их путях, как происходит с Гольфстримом. Величины вертикальных составляющих скорости течений в среднем по всему Мировому океану от наибольших значений порядка нескольких единиц на 10 см-с"1 в поверхностной зоне уменьшаются до нескольких единиц на 10~4см-с в глубинной и придонной зонах. Океаническая циркуляция вод обусловливает распределение биогенных осадков, глобального теплового баланса, фаунисти-ческих провинций. Она зависит от: 1. Зональных направлений ветров, определяющих поверхностные течения в слое до 1 км; 2. Преобладания в данном бассейне испарения или притока вод; 3. Плотностного распределения воды — главного фактора, вызывающего течения на глубине более I км; 4. Апвеллинга; 5. Слоя кислородного минимума. Очевидно действие испарения (средиземноморский тип циркуляции) или притока (гумидный эстуариевый тип циркуляции). В Средиземном море воды из открытого океана втекают в залив, распространяются по поверхности, испаряясь, осолоняются, опускаются вниз и устремляются в океан в виде глубинного потока. В эстуариевом (лагунном) типе пресная вода поступает с вершины залива и растекается по поверхности, глубоководный поток поступает через устье и, перемешиваясь, поднимается вверх. К первому типу кроме Средиземного моря относятся Персидский залив и Северная Атлантика, в которой соленые тяжелые воды на севере опускаются вниз. Здесь мало питательных веществ, фосфора, азота, кремния, но много кислорода и известковых осадков. Ко второму — Черное море и Северная Пацифика. Здесь много питательных веществ, в водах мало кислорода (он уходит на окисление органических веществ), осадки бедны СаС04 (он растворяется) и обогащены углеводородами. Важным фактором является плотность морской воды, которая увеличивается с возрастанием солености и понижением температуры. Эти явления очень важны для формирования водных масс в глубинах океана. Так, вглубь опускаются средиземноморские воды с соленостью >36%о, вытекающие в Атлантику и образующие североатлантические глубинные воды. Массы антарктических придонных вод занимают на разных глубинах всю Атлантику от 60° ю.ш. до 60° с.ш. Следующий аспект циркуляции — апвеллинг. В результате отгона ветром поверхностного слоя воды от берега на его место поднимается более глубинная вода. Прибрежный апвеллинг играет очень важную роль, так как к поверхности постоянно приносится много питательных веществ, особенно фосфора. Обилие фосфора в экосистеме служит основой для крупнейших в мире мест рыбного лова у побережья Перу. Последний фактор — слой кислородного минимума. Это слой мощностью 200—500 м, выше и ниже которого расположены воды с большим содержанием кислорода. В морских впадинах с ограниченной циркуляцией кислород может вообще отсутствовать, как это наблюдается в Черном море. Слой кислородного минимума обязан своим происхождением высокой биологической продуктивности, обилию питательных веществ и последующему окислению образующегося органического вещества. Очевидно, что такие явления никогда не наблюдаются в малопродуктивных полярных водах. Для жизни в океане важное значение имеют глубинные противотечения, система которых была обнаружена только в 60-х гг. XX в. Исследования последних лет показали, что роль подводного вулканизма в Мировом океане, в том числе его тепловом балансе, достаточно значима. При образовании подводных гор, вулканических поднятий и островов, а также при непосредственной вулканической деятельности в океан поставляется тепла до 15 • 1020Дж в год. Тепловые аномалии наиболее заметны в годы максимального проявления подводной вулканической деятельности, особенно в Азорском, Исландском и Галапагосском регионах. В Северной Атлантике, где влияние горячих ювенильных вод распространялось на площади примерно 1 млн км2, температура воды за их счет может повыситься на 3 °С. Такая ситуация сложилась в 1982-1983 гг., с чем связывают повышение численности кальмаров в эти годы в Баренцевом море. Итак, важнейшими условиями, определяющими биологическую продуктивность Мирового океана, являются динамика водных масс, их вертикальные и горизонтальные перемещения, зависимые от основной системы воздушных потоков, и др. (рис. 76).
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2466)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |