В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика (1119248), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Поэтому познание законов океана возможно путем комплексного изучения гидрофизических и биологических процессов, протекающих в океане. Морские организмы являются неотьемлемой частью морской экосистемы, в которой все организмы связаны между собой и зависят от физических и химических условий окружающей среды. Морские организмы, как все другие живые организмы, живут, синтезируя органические соединения, обмениваясь веществом и энергией с окружающей средой. Изучение потоков вещества и энергии в морской экосистеме является главной экологической задачей океанологии. Для морских организмов характерно сильное разнообразие размеров, форм и способов существования.
Число видов, обитающих в океане, примерно на порядок меньше числа видов, обитающих на суше. Это обусловлено большим разнообразием экологических условий на суше. Однако в океане встречаютсл виды, не существующие на суше, например, бурые и красные водоросли, иглокожие, щетинкочелюстпые и другие.
Гл.! 7. Ознобные яонлшил «колонии По виду используемых источников энергии все морские организмы подразделяются на два типа: автотрофные и гетеротрофные организмы. Автотрофные организмы не поедают другие организмы, они потребляют неорганические соединения. Синтез углеводов и других соединений в автотрофных организмах происходит с помощью процессов фотосинтеза или хемосинтеза. Только через эти процессы неорганические вещества вовлекаются в живые организмы. Основную роль играет фотосинтез, так как с его помощью создастся основная масса органических соединений в океане. В реакции фотосинтеза углекислый газ, вода и энергия солнечного света создают сахар, воду и кислород, энергия в химической форме запасается в молекуле сахара. Реакция фотосинтеза может протекать только в некоторых типах морских организмов (водоросли, травы, диатомеи, некоторые жгутиковые и др.).
В процессе хемосиптеза сахар образуется из углекислого газа и сероводорода. Энергия, необходимая для этой реакции, черпается из некоторых химических соединений, например, сероводорода, в процессе их окисления. На океанском дне около так называемых «черных» и «белых» курильщиков возникают удивительные сообщества морских организмов, в основе которых лежат органические вещества, возникающие именно в процессе хемосинтеза. Хемотрофы могут использовать не только сероводород, но и азот и сульфат.
Изучение морских сообществ, возникающих на основе хемотрофных процессов, представляет значительный практический интерес, поскольку подобные системы, в принципе, могут быть созданы на суше искусственно дли утилизации вредных веществ. Кроме фотосинтеза и хемосинтеза в живых организмах протекают разнообразные процессы вторичного синтеза, в ходе которых создаются более крупные и сложные органические вещества. Гетеротрофы потребляют в пищу либо живые, либо отмершие ткани других организмов. Эта органика обеспечивает химической энергией гетеротрофпые организмы для осуществления реакций вторичного фотосинтеза.
Поскольку основная часть органики на планете (и в океане) образуется в процессе фотосинтеза, можно сказать, что жизнь на Земле основана иа энергии солнечного света, которая удерживается биосферой благодаря фотосинтезу и в химической форме переносится в составе пищи по трофической цепи от одного организма к другому. Разделение морских организмов на автотрофные и гетеротрофпые производится по источникам и методам получения дл. 17. Оеноеньн понятия онологии энергии.
Можно провести разделение морских организмов по их местообитанию. Существуют два основных места обитания морских организмов: морское дно, или бентическая зона, и вода над дном, или пелагическая зона. Организмы, обитающие в бентической зоне, называются бентосом. Бентос подразделяется на эпибионты, обитающие на поверхности дна, и эпдобионты, обитающие в донных отложениях. Организмы, обитающие в пелагической зоне, подразделяются на нектон (активно перемещающиеся организмы) и планктон (пассивно перемещающиеся организмы).
Планктон подразделяется на фитопланктоп (растительный) и зооплапктон (животный). Это разделение в значительной мере условно, Например, многие виды морских животных изменяют образ жизни на протяжении жизненного цикла. Взрослые особи некоторых видов животных могут вести различный образ жизни. Например, омары ползают по поверхности морского дна и плавают над ним. Подобные животные относятся к нектобентическим животным.
Как уже говорилось, важнейшим свойством экосистем является перенос энергии и вещества. Простейшая модель экосистемы, демонстрирующая это свойство, имеет следующий вид, приведенный на рис. 17.3. Как видно из схемы, солнечная энергия, поглощаемая растениями, предается от них животным и бактериям по пищевой цепи в виде химической энергии. Животные и бактерии обмениваются с растениями углекислым газом и минеральными питательными веществами. Поток органических веществ замкнут в том смысле, что между компонентами системы циркулируют одни и те же вещества, входящие в эту систему и пополняемые из океана. Поток энергии однонаправлен, вся приходящая энергия рассеивается, в конце концов, в виде тепла в результате механических и химических процессов.
Необходимо уточнить, что биотические составляющие экосистемы содержат живое и отмершее вещество. Биогенные остатки (органический детрит) составляют значительную часть всего вещества морской части биосферы. Основными потребителями детрита являются донные жители. 1ьастепия, образующие органику в результате фотосинтеза, называются первичными продуцептами, а общее количество вещества, образующееся при этом за какой-либо определенный отрезок времени называется валовой первичной продукцией. По способу питания выделяют 5 типов организмов: растит<шьноядные; плотоядные (хищные), питающиеся падалью или трупоеды; питающиеся органическим детритом и, наконец, разлагающие Гл. 17. Оеноание понлгапа экологии 347 «Отработанн' и те по~ох энерДгии $> поток вещества «Отработанная» меканичеекая и тепловвя энергия Рнс.
17.3. Упрощенная модель потоков энергии и вещества в морской экосистеме мертвые органические вещества (редуценты) на минеральные вещества. В процессе регенерации питательных веществ морские организмы-редуценты превращают сложные органические вещества в более простые, которые усваиваются растениями из воды. Биологическое взаимодействие между организмами, связанное с потреблением пищи, называется трофическим.
Органическое рл. 17. Ооноеньн понятия онологии вещество передается по трофическим уровням начиная с первого, на котором фитопланктон образует валовук) первичную продукцию. Второй трофический уровень образуется растительноядным зоопланктоном, продукция зоопланктона называется вторичной.
Хищники 1 ранга, поедающие зоопланктон, формируют следующий трофический уровень и создают органическое вещество, называемое третичпой продукцией. Далее следуют хищники более высоких рангов. Замыкают систему по питательным веществам процессы бактериального разложения (опосредованная регенерация) и обменные процессы, протекающие в организмах растений и животных (прямаы регенерация).
Основные звенья трофической цепи изображены на рис. 17.4. Описанная схема трофических уровней является приближенной. С учетом реальности более правильно говорить не о пищевой цепи, .а о пищевой сети. В этом случае на различных трофических уровнях находятся несколько различных организмов, и обмен веществ идет между организмами различных уровней. В этом случае появляются перекрестные трофические связи, образуется трофическая сеть. Экологическая эффективность трофического уровня определяется величиной энергии, передаваемой на следующий трофический уровень. В общем случае величина продукции, поступающей на какой-либо уровень, определяется произведением первичной продукции на экологическую эффективность всех предшествующих уровней.
Значения экологической эффективности трофических уровней довольно низки, порядка 0,1, поэтому па высшие трофические уровни поступает относительно мало энергии. В морской экосистеме пространственная организация потоков энергии и вещества имеет важную особенность. Зона, в которой протекает фотосинтез, расположена у поверхности океана, а в глубинных слоях фотосинтез отсутствует.
В эти слои отсутствия фотосинтеза, которые отделены от зоны фотосинтеза значительным расстоянием, энергия поступает в химической форме. Перенос энергии в глубинные слои происходит по пищевой цепи и из-за оседания органического детрита. Таким образом, возникает поток питательных веществ от поверхностных слоев, направленный в глубь океана.
Если бы пе существовали противоположные процессы, то верхний слой океана очень быстро лишился бы питательных веществ, и жизнь в океане прекратилась. Обратное поступление питательных веществ в поверхностные воды океана происходит вследствие нескольких физических процессов, прежде всего апвеллинга, экваториального подъема вод, подъема вод в высоких широтах при разрушении Рл.
17. Основные понлпшл экологии 349 Световая энергии Фотосинтез Валовая первичная пролукцня фитопланктона Питатсльныс аешсстаа и СО, Растительный планктон Вторичная пролукцнл Хищники 1 раны Трш нчнаа продукция дыхание и~ а~ о х~ и ( Я( Хищники высших рангов СО, Рис.)7.4. Потоки энергии (пунктир) и углеродосодержащих соединений в морской экосистеме. Резервуары вещества и процессы показаны в виде прямоугольников, обведенных жирной и светлой линиями соот- ветственно сезонного термоклина вследствие коивекции.
В некоторых прибрежных районах Мирового океана интенсивность апвеллинта особенно велика. Высокая концентрация питательных веществ создает благоприятные условия для развития фитопланктоиа и других организмов. Именно эти районы Мирового океана являются наиболее продуктивными. Параметры морских экосистем значительно меняются в пространстве и во времени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
