Морские экосистемы

Экология

Морские экосистемы

1. Мировой океан как единая система.

Океан неоднороден по физико-географическим условиям. Элементы его структуры разделяют на активные граничные поверхности:

1. Контакт поверхностной толщи океана с атмосферой;
2. Контакт океана с сушей;
3. Контакт океана с дном.

Толща вод мирового океана представляет самую мощную и обширную часть биосферы – пелагиаль. Ложе океана – бенталь, арена жизни  для организмов, ведущих донный образ  жизни. Пелагиаль подразделяется на верхний, освещенный солнцем фотический слой, и глубоководное царство вечной ночи – афотическую толщу. В прибрежной, неритической области условия существования отличаются от жизни в пелагиали открытого океана. На морском дне выделяютя глубинные пояса, связанные с литоралью, батиалью и абиссалью.

Поверхностная и донная границы являются так называемыми  «пленками жизни», в прибрежных районах  выделяются «сгущения жизни». Для обеспечения экологического равновесия всей биосферы эти пленками жизни и сгущения жизни в океане играют ключевую роль. Живое вещество океана вносит свой вклад не только в продуцирование биомассы, но и в поддержание газового состава атмосферы, регулирование химического состава океанических вод, процессов образования  осадочных горных пород, формирование берегов и подводного рельефа.

Океаны представляют собой огромные впадины в рельефе  Земли, в которые устремляется практически  весь сток поверхностных вод суши, промывая отдаленные  самые участки  земной поверхности. Ручейки впадают  в реки, реки несут свои воды в  моря и океаны, связанные между собой течениями. Благодаря мощным циркуляционным процессам океан представляет собой единое целое. Единство океана поддерживается целостностью его экологической системы. Океан заполнен жизнью от поверхности до максимальных глубин, но весь процесс биологического круговорота начинается в верхнем, освещаемом Солнцем слое воды. Главным производителем первичной биологической продукции в океане является фитопланктон – микроскопические водоросли (продуценты), плавающие в толще воды. Дальнейшие звенья круговорота состоят из мелких животных, питающихся фитопланктоном, различных хищников, детритофагов и микроорганизмов – редуцентов. В данной цепочке пищевых связей биомасса каждого последующего звена приблизительно в 10 раз меньше, чем предыдущего.

Живое вещество в океане выполняет важную функцию насоса: откачивает углекислый газ из атмосферы и захоранивает его в осадочных породах и в толще морской воды благодаря образованию биомассы живого вещества и растворенной органики. Уязвимость этого звена в том, что темпы антропогенного накапливания углекислого газа в атмосфере выше, чем скорость откачивания его морскими организмами.

Загрязнение океана разрушает  тонкие биохимические связи между  его обитателями. Разные группы организмов, особенно бактерии и беспозвоночные животные, выделяют растворенные органические вещества, играющие роль пищи и  биостимуляторов для членов сообщества. Морская экосистема представляет собой  физиологическую целостность: гибель определенных групп организмов приведет к нарушению пищевой цепочки.

Еще одной важной стороной экологического метаболизма (преобразование химического вещества телом) является роль прижизненных выделений в общении  гидробионтов (организм, в ходе эволюции приспособленный к обитанию в  водной среде). Эти вещества помогают морским обитателям общаться между собой: самцам и самкам находить друг друга, особям определенных видов собираться в стаи, хищникам – находить жертву, а жертве – избегать хищника. Вторжение чужеродных веществ в океан способно вызвать хаос в поведении гидробионтов, разрушить всю систему биоценотических отношений.

Таким образом, в структуре  океана выделяются контактные зоны, для  которых характерны одновременно максимальная напряженность физико-географических и биологических процессов и  деятельность человека, обусловливающая истощение ресурсов и загрязнение. В граничных поверхностях вещество и энергия интенсивно переходят из одной природной системы в другую. Циклы массоэнергообмена не только связывают географическую оболочку планеты (атмосферу, гидросферу, часть литосферы и биосферу), материки и океаны в единое целое, но и поддерживают устойчивость океана как единой природной системы.

2. Контакты океана с сушей и атмосферой

Характерной особенностью функционирования главнейших экосистем  океана, формирующихся на границах раздела геосфер, является единство противоположностей. С одной стороны, каждая из этих систем относительна автономна. С другой стороны, каждая система открыта и обладает широкими связями с контактными системами.

В настоящее время около 50% населения земного шара обитает вблизи океана или непосредственно в его прибрежной зоне. Поэтому огромная масса отходов поступает на мелководье со стоком с суши. Таким образом, морские мелководья являются глобальной системой геохимической ловушкой, задерживающей большую часть веществ, сносимых с континентов.

Морские мелководья – область сгущения жизни, и на их долю приходится основная масса рыбы и морепродуктов, употребляемых  человеком в пищу. Относительная  замкнутость биохимической системы  морских мелководий делает ее особенно уязвимой. В пределах морских мелководий выделяется еще более узкая контактная полоска – береговая зона, важную роль в формировании которой играет вдольбереговой поток наносов. Но изъятие человеком рыхлых наносов из береговой зоны привело к катастрофически быстрому разрушению берегов: исчезают пляжи, а вместе с ними дорого и строения. Особую проблему создает переудобрение морских мелководий, вызываемое избытком растворенных в воде питательных солей. Последние попадают в море в результате смыва с полей минеральных удобрений. Несмотря на то, что биопродуктивность большинства морских экосистем сдерживается недостатком биогенных солей, человек навязывает традиционно малоплодородным морским экосистемам избыточное минеральное питание. Экосистемы отвечают на это сначала бурной вспышкой биопродуктивности специфических групп гидробионтов, а затем их гибелью. Уязвимым звеном становится быстрое потребление кислорода. Без растворенного в воде кислорода гибнут практически все животные морских мелководий.

Граничная поверхность океана с  атмосферой может рассматриваться  широко, тогда к ней относится  вся фотическая зона, или узко –  тогда это поверхностная пленка и первые сантиметры воды. По мнению известного океанолога Ф. Макинтайра, едва заметные превращения, происходящие в тонком пленочном слое жидкости, играют решающую роль в благополучном развитии жизни на Земле. Ю.П. Зайцев выделил особую зону жизни в океане, назвав ее гипонейстель – поверхность раздела океан – атмосфера. Эта зона богата неживым органическим веществом. Его роль для всех обитателей океана исключительно велика – это готовая пища, источник биостимуляторов или ингибиторов. Гипонейсталь хорошо освещается солнцем, насыщена кислородом. Особое стимулирующее влияние на рост и развитие живых организмов оказывает взбиваемая ветром на поверхности моря пена. В верхних 5 см морской воды наблюдается скопление своеобразных форм жизни; свыше 90% беспозвоночных и рыб, обитающих в пределах мелководий и в открытой части океана, используют поверхностную пленку как своеобразный инкубатор для откладывания икры и выращивания молоди.

Одни из главных загрязнителей  поверхности океана – нефть и нефтепродукты. Нефтяные пленки препятствую газообмену между океаном и атмосферой, что ведет к дефициту кислорода в воде, экранируют солнечные лучи, практически лишая организмы биологически активных инфракрасных и ультрафиолетовых лучей. Многие углеводородные соединения являются сильнодействующими ядами, к которым особенно чувствительны икра и молодь организмов, составляющих основу жизни в гипонейстали.

В.И. Вернадский, говоря о поверхностной  пленку жизни, имел ввиду более мощный, освещаемый Солнцем слой океана глубиной около 100 м. С ним связана жизнедеятельность  фитопланктона – основы трофической  цепочки.

А.П. Лисицин коренным образом пересмотрел роль живого вещества в осадочном процессе. Ведущую роль в питании дна открытого океана осадочным материалом А.П. Лисицин отводит верхнему слою, где благодаря жизнедеятельности организмов, главным образом диатомовых водорослей, ежегодно возникает огромное количество взвеси, во много раз превосходящее поступление осадков с континентов. Вместе с осадками из зоны планктона уносятся на дно загрязняющие вещества. Это очищает поверхность океана, но загрязняет его дно.

Следует выделить особую роль биофильтра, которую выполняет зоопланктон. Вся зона планктона в океане отфильтровывается всего за 20 суток. Образуемые фильтратами пищевые комочки  - пеллеты – оседают на дно. Нарушение экологического равновесия в фотической зоне, даже частичная гибель зоопланктона, может привести к сбоям в механизме самоочищения вод океана.

В последние годы признано большое значение атмосферных переносов  в загрязнении Мирового океана. Так, вещества континентального происхождения  попадают в океан в результате переноса ветром пыли. Из атмосферы на поверхность океана оседают органические вещества, которые необходимы для развития бактерионейстона – «живого фильтра». Дно океана – мощный геохимический фильтр, связывающий тяжелые металлы, поступающие из недр.

3. Систематизация морских экосистем (планктон, нектон, бентос), особенности пищевых связей и биопрдуктивности

Жизнь распределена в  океане очень неравномерно. В.И. Вернадский выделил две формы концентрации живого вещества: жизненные пленки: на границе газообразной и жидкой сред – донная, и сгущения жизни. Остальная часть океанасферв представляет собой зону разрежения живого вещества. Между распределением биомасс планктонной и донной пленок жизни в открытом океане существует тесная коррелятивная зависимость: акваториям с высокой продуктивностью планктона соответствуют участки с повышенной биомассой бентали.

Сгущения жизни В.И. Вернадский разделял на три типа: прибрежные, саргассовые, рифтовые. Для обеспечения  экологического равновесия всей биосферы эти пленки и сгущения жизни в океане играют ключевую роль. Живое вещество океана вносит свой вклад не только в продуцирование биомассы, но и в поддержание газового состава атмосферы, регулирование химического состава океанических вод, процессов образования осадочных горных пород, формирование берегов и подводного рельефа.

Планктон (от греч. planktos — блуждающие) — разнородные, в основном мелкие организмы, свободно дрейфующие в толще воды и не способные — в отличие от нектона — сопротивляться течению. Такими организмами могут быть бактерии, диатомовые и некоторые другие водоросли (фитопланктон), простейшие, некоторые кишечнополостные, моллюски, ракообразные, яйца и личинки рыб, личинки различных беспозвоночных животных (зоопланктон). Планктон представляет собой массу растений и животных, большинство из которых имеют микроскопические размеры, и непосредственно или через промежуточные звенья пищевой цепи является пищей для большинства остальных водных животных. Планктонные организмы встречаются на любой глубине, но наиболее богаты ими приповерхностные, хорошо освещенные слои воды, где они образуют плавучие «кормовые угодья» для более крупных животных. Растительные фотосинтезирующие планктонные организмы нуждаются в солнечном свете и населяют поверхностные воды, в основном до глубины 50—100 м — так называемый эвфотический слой. Бактерии и зоопланктон населяют всю толщу вод до максимальных глубин. Морской фитопланктон состоит в основном из диатомовых водорослей, перидиней и кокколитофорид; в пресных водах — из диатомовых, синезелёных и некоторых групп зелёных водорослей. В пресноводном зоопланктоне наиболее многочисленны веслоногие и ветвистоусые рачки и коловратки; в морском доминируют ракообразные (главным образом веслоногие, а также мизиды, эвфаузиевые, креветки и др.), многочисленны простейшие (радиолярии, фораминиферы, инфузории тинтинниды), кишечнополостные (медузы, сифонофоры, гребневики), крылоногие моллюски, оболочники (аппендикулярии, сальпы, бочёночники, пиросомы), яйца и личинки рыб, личинки разных беспозвоночных, в том числе многих донных. Видовое разнообразие планктона наибольшее в тропических водах океана.

В зависимости от образа жизни планктон подразделяется на:

• голопланктон — весь жизненный цикл проводит в форме планктона
• меропланктон — существующие в виде планктона лишь часть жизни, например, морские черви, рыбы.

А так же существуют несколько классификаций планктона в зависимости от его

размера. Наиболее общепринятой является следующая:

• мегапланктон (0,2—2 м)
• макропланктон (0,02—0,20 м) — многие мизиды, креветки, медузы и другие относительно крупные животные
• мезопланктон (0,0002—0,02 м) — веслоногие и ветвистоусые рачки и др. животные менее 2 см
• микропланктон (20-200 мкм) — большинство водорослей, простейшие, коловратки, многие личинки
• нанопланктон (2-20 мкм)— мелкие одноклеточные водоросли, некоторые крупные бактерии
• пикопланктон (0,2-2 мкм) — бактерии, наиболее мелкие одноклеточные водоросли.
• фемтопланктон (<0,2 мкм) — океанические вирусы.

По современным данным, наибольшую продукцию в океанических водах обеспечивает пикопланктон. Недавно открытые в его составе эукариотические водоросли (например, празинофитовые рода Osteococcus) - мельчайшие из эукариот.

Зоопланктон является наиболее многочисленной группой гидробионтов, имеющих огромное экологическое  и хозяйственное значение. Он потребляет формирующееся в водоемах и приносящееся извне органическое вещество, ответственен за самоочищение водоемов и водотоков, составляет основу питания большинства видов рыб, наконец, планктон служит прекрасным индикатором для оценки качества воды.

Исследования зоопланктонных организмов помогают определить загрязненность водоемов и определить экологическое  особенности определенной области. Любая водная экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней  среды, имеет сложную систему  подвижных биологических связей, которые нарушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего, влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения отражается на видовом составе водных сообществ и соотношении численности слагающих их видов.

Некто́н (от греч. nektós — плавающий, плывущий) — совокупность водных активноплавающих животных, способных противостоять силе течения. К нектону относятся рыбы, кальмары, китообразные, ластоногие, водные змеи, черепахи. Нектону противопоставляют планктон. Промежуточное положение между ними занимает микронектон, представленный животными, которые способны к ограниченным активным перемещениям.