Экология СПРАВОЧНИК
Информация
Океан продуктивность
Изменение климата может также воздействовать на изменения циркуляции вод океана, что в свою очередь повлияет на обилие питательных веществ, биологическую продуктивность, структуру и функции морских экосистем, с последующим воздействием на потоки углерода и, следовательно, на режим парниковых газов, а потому и на климат.[ . ]
Продуктивность наземных экосистем тундры значительно ниже ряда других систем, но вместе с океаном они способны прокормить перелетных птиц, насекомых, северных оленей, овцебыков, медведей, волков, песцов и др.[ . ]
В океане масса животных в 30 раз больше, чем биомасса растений. Несмотря на то, что биомасса океана меньше биомассы суши, биологическая продуктивности океана и суши равны. Объясняется это тем, что слой жизни океана состоит в основном из одноклеточных водорослей, которые обновляются ежедневно. Обновление биомассы суши происходит примерно за 15 лет. Причем травянистая растительность обновляется намного быстрее, чем древесина.[ . ]
Открытый океан беден биогенными элементами. Эти районы можно считать «пустынями» по сравнению с прибрежными водами. Арктические и антарктические зоны более продуктивны, так как плотность планктона растет при переходе от теплых морей к холодным, и фауна рыб и китообразных здесь значительно богаче. Продуцентом выступает фитопланктон, им питается зоопланктон, а тем в свою очередь нектон. Видовое разнообразие фауны снижается с глубиной. На глубине в стабильных местообитаниях сохранились виды из далеких геологических эпох.[ . ]
Апвеллинг — это процесс подъема холодных вод с глубины океана там, где ветры постоянно перемещают воду прочь от крутого материкового склона, взамен которой поднимается из глубины вода, обогащенная биогенами. Там, где нет этого подъема, биогенные элементы из погрузившихся органических остатков на длительное время теряются в донных отложениях. Высокопродуктивны и богаты биогенами, за счет привноса их с суши, воды эстуариев.[ . ]
В наиболее продуктивных районах синтез органического вещества происходит очень интенсивно. Так, в Средиземном море первичная продукция в апреле находится в среднем на уровне 10 мг С/(м2- сут) в поверхностном слое воды и 210 мг С/(м2 — сут) во всем слое фотосинтеза. Значительно большая продуктивность -до 580 мг С/(м2 ■ сут) в слое фотосинтеза наблюдается в зоне ци-клонального круговорота. Близкая величина характерна и для районов апвеллинга: среднесуточная интегрированная по глубине 0-2000 м продукция в Тихом океане у берегов Калифорнии находится на уровне 560 мг С/м2.[ . ]
Вклад суши в океан значителен. Он оценивается как 2,73 X 10® т растворенных веществ, ежегодно доставляемых в моря реками. Пресная вода менее плотная, чем морская, так как в последней растворены соли. Питательные вещества, приносимые в море реками, обычно имеют тенденцию смешиваться с поверхностными водами близ берегов, где эти питательные вещества могут участвовать в создании продуктивности прибрежных вод. Некоторые питательные вещества, содержащиеся в речных водах, задерживаются и используются в продукционном процессе устьев рек, где речные и морские воды встречаются и смешиваются приливом. Вместе с растворенными питательными веществами реки приносят в море органические частицы и глину, пылеватые частицы и песок в количестве, примерно равном 9,3 ХЮ9 т/год в период перед нарушением поверхности суши человеком и, вероятно, около 24 ХЮ9 т/год в наши дни. Прочий материал, попадающий в море с суши, это — минеральные частицы, заключенные в ледниках и айсбергах, переносимый ветром песок прибрежных пустынь, пыль, поднятая вверх над континентами и попадающая в океан с атмосферными осадками.[ . ]
Общая годовая продуктивность сухого органического вещества на Земле составляет 150-200 млрд. тонн. Две трети его образуется на суше, третья часть — в океане (рис. 12.47).[ . ]
Таким образом, в океане биомасса животных превышает растительную биомассу почти в 20 раз, что обеспечивается огромной продуктивностью фитопланктона, годовая продукция которого больше годовой продукции животных в 10 раз.[ . ]
Поступающие в Мировой океан загрязняющие вещества неравномерно распределяются в нем, образуя области повышенного загрязнения в экологических зонах с максимальной биомассой. В результате этого возможно преобразование естественных биоценозов, снижение биологической продуктивности.[ . ]
Известно, что шельфы — самые продуктивные районы Мирового океана. Одной из причин высокой продуктивности шельфовых вод является поступление значительного биогенного стока с суши. Самый малый и самый мелководный из океанов — Северный Ледовитый — имеет самый широкий шельф, занимающий одну треть его дна и составляющий 20% общей площади шельфа Мирового океана [Слевич, 1977]. Вместе с этим арктический шельф является одним из наименее изученных, особенно прилегающий к территории Якутии. Освоение биологических ресурсов морей Лаптевых и Восточно-Сибирского требует проведения комплексных специальных работ, направленных на определения качественного и количественного состава фауны животных, уровня возможного их рационального использования, экономической и экологической целесообразности хозяйственной деятельности и многих других.[ . ]
Морские экосистемы — открытый океан, воды континентального шельфа, районы апвеллинга (с продуктивным рыболовством), эстуарии (бухты, устья рек, лиманы). Еще следует добавить сравнительно недавно открытую экосистему глубоководных рифтовых зон Мирового океана, характеризующуюся высокой биомассой живых организмов.[ . ]
Уменьшение притока речных вод в океан и водоемы внутреннего стока в связи с развитием ирригации широко известное явление. Однако, если участки мировой акватории в этом случае лишь теряют свою продуктивность, то во внутриконтинентальных водоемах и вокруг них идут более сложные процессы.[ . ]
Но энергия Солнца, обеспечивая эту продуктивность, составляет лишь 2—3% от всей его энергий, достигшей поверхности Земли. Остальная солнечная энергия расходуется на абиотическую среду, если не считать достаточно активное участие ее в процессах физико-химического разложения, опада и др. Но абиотические факторы определяют вместе с биотическими эволюционное развитие организмов и гомеостаз экосистем. В свою очередь — растительный и животный мир — столь мощные природные компоненты, что могут влиять на окружающую среду и «переделать ее под себя», создавая определенную микросреду (микроклимат). Все это свидетельствует о том, что живая природа существует в едином энергетическом поле всего ландшафта. Об этом говорит и распределение первичной продукции на суше и в океане (рис. 7.1; Бигон и др., 1989).[ . ]
Из табл. 1.3 хорошо видно, что максимально продуктивны экосистемы суши. Хотя площадь суши вдвое меньше, чем площадь, занимаемая океанами, ее экосистемы имеют годовую первичную продукцию углерода, более чем вдвое превышающую таковую Мирового Океана (52,8 млрд. тонн и 24,8 млрд. тонн соответственно) при относительной продуктивности наземных экосистем, в 7 раз превышающей продуктивность экосистем океана. Из этого, в частности, следует, что надежды на то, что полное освоение биологических ресурсов океана позволит человечеству решить продовольственную проблему, не очень обоснованны. По-видимому, возможности в этой области невелики — уже сейчас уровень эксплуатации многих популяций рыб, китообразных, ластоногих близок к критическому, для многих промысловых беспозвоночных — моллюсков, ракообразных и других, в связи со значительным падением их численности в природных популяциях стало экономически выгодным разведение их на специализированных морских фермах, развитие марикулътуры. Примерно таково же и положение со съедобными водорослями, такими как ламинария (морская капуста) и фукус, а также водорослями, используемыми в промышленности для получения агар-агара и многих других ценнейших веществ.[ . ]
Приведем некоторые примеры. Сегодня в Мировой океан ежегодно поступает более 10 млн. т нефти и нефтепродуктов, огромное количество солей тяжелых металлов, кислот и щелочей, хлорорганических пестицидов и поверхностно-активных веществ. Естественно, что наиболее сильно загрязнены прибрежные воды и внутренние моря, т. е. наиболее продуктивные регионы Мирового океана. Поступающие токсические вещества оказывают пагубное влияние на прибрежные экосистемы, и если не принять срочных мер, то необратимые изменения могут наступить в ближайшее десятилетие. Балтийское море, например, уже сегодня считается одним из наиболее загрязненных морей. В результате в придонных слоях отдельных регионов бентические организмы либо полностью вымерли [599], либо их биомасса резко снижена [693] . Сильно страдают от нефтяного загрязнения и донные биоценозы Черного моря. При этом происходит изменение в соотношении между отдельными группами гидробионтов: снижается количество моллюсков и губок, увеличивается количество амфипод и полихет. Уменьшается общая численность зообентоса [62, 132] .[ . ]
Благодаря постоянно действующим ветрам — пассатам, в океанах и морях происходит постоянная циркуляция воды за счет мощных течений (Гольфстрим — теплое, Калифорнийское — холодное и др.), что исключает дефицит кислорода в глубинах океана. Наиболее продуктивны в Мировом океане области апвеллинга.[ . ]
Однако наличие биогенов в почве еще не гарантирует высокой продуктивности локальной экосистемы-. Биохимический транспорт биогенов внутрь высших растений осуществляется в виде сильно разбавленных водных растворов, поэтому биогены окружающей среды могут быть использованы продуцентами лишь при наличии необходимого количества воды для растворения биогенов. По этой причине продуктивность ггокальных экосистем на суше лимитируется количеством осадков, а в океанических экосистемах определяется концентрацией растворенных в воде биогенных веществ. Именно различной доступностью влаги объясняются наблюдающиеся резкие различия продукции экосистем, при одинаковой доступности внешней солнечной энергии. Примерами таких ситуаций являются субтропические леса и пустыня Сахара (на суше и устья рек) и открытый океан в водных экосистемах.[ . ]
Полярные, умеренные, субтропические и тропический пояса едины на суше и Океане. Океану свойственны также циркумкон-тинентальная и глубинная зональности, аналогичные циркум-океанической и высотной зональности на материках. Но географических зон, в основе выделения которых лежит гидротермический фактор, в Океане нет. Ведущее значение во внутрипоясной дифференциации ландшафтов Океана приобретает гидродинамический фактор — характер течений, свойства водных масс, расположение зон конвергенции (схождения) и дивергенции (расхождения). Он определяет не только свойства воды, но и биологическую продуктивность Океана. Вместо зон океанические сектора поясов делятся на аквальные области и провинции.[ . ]
Высокопродуктивные морские воды расположены главным образом в краевых частях океанов. Наиболее важные коммерческие уловы рыбы зависят именно от производительности этих мест. Отлавливаются хищные рыбы, входящие в состав высоких звеньев пищевой цепи. По причинам, которые рассматриваются в следующем разделе, человек может использовать через отлов этих хищников только небольшую долю чистой первичной продукции — много ниже 1%. Прямой отлов морского планктона сетями с кораблей непомерно дорог, а создание обширных подводных «ферм» на континентальном шельфе еще не осуществимо экономически или технологически. Даже в перспективе нет иных возможностей более успешного использования пищевой продукции моря, как через использование морских животных. Преобладающая часть продукции наиболее продуктивных популяций морских рыб уже вылавливается, и поэтому в будущем возможно лишь незначительное увеличение выхода морской продукции. Более того, следует ожидать снижения продукции некоторых популяций вследствие загрязнения вод промышленностью, из-за чрезмерного отлова и разрушения условий размножения и питания организмов в дельтах рек. Мировой океан велик и дает в целом гигантскую продукцию, однако идея, что он в состоянии обеспечить в изобилии пищей, — это всего лишь иллюзия.[ . ]
Для условий ненарушенной биосферы подсчитана также чистая первичная продукция (нетто-продуктивность), которая почти вся рано или поздно потребляется гетеротрофными организмами. На суше ежегодно могло бы создаваться фотосинтетиками 180 млрд. т органического вещества, а в океане 80 млрд. т в пересчете на его сухой вес.[ . ]
Умеренные и тропические пояса суши с их гумидным климатом и развитым биостромом продолжаются на океане в качестве поясов с высокой биологической продуктивностью. Субтропические пустынные пояса суши с слабо развитым биостремом в равной мере прослеживаются и над океаном. В конечном счете недостаток влаги и на суше и в океане приводит к сходному результату для биоса — возникают пустыни, почти лишенные жизни»2.[ . ]
Действительно, изменение пространственного расположения, размеров и формы как континентов, так и океанов оказывало существенное воздействие на мощь и структуру океанских течений, на распределение и характер сезонных колебаний температуры, а следовательно, и на распределение климатической зональности и биологической продуктивности, т. е. на формирование экосистем.[ . ]
Из строк 1а—б табл. 6.4 видно, что первичной продукции биомассы растений (выраженной в количестве углерода) в океане приблизительно вдвое меньше, чем на суше. Почти вся эта продукция относится к фитопланктону. Распределение биологической продуктивности океана по различным видам организмов приведено в табл. 6.6 (по данным Института океанологии АН СССР).[ . ]
Предполагалось, что выборочный мониторинг нескольких особенно важных и репрезентативных веществ в открытом океане и в прибрежных районах будет достаточным для ответа на многие вопросы о состоянии океанов и морских экосистем. Считалось [37], что для этого потребуется 8—12 станций, на которых будут измеряться загрязнение воды нефтью, концентрация плутония, америция, нитратов, фосфатов, фторхлорметанов, первичная продуктивность, карбонатное равновесие.[ . ]
Несмотря на присутствие макрофитов, Саргассово море и аналогичные ему акватории отличаются низкой биологической продуктивностью- По выражению гидробиологов, это безжизненная Сахара в Мировом океане. И действительно, концентрация саргассовых водорослей здесь очень невелика — один куст на 83 м2 (Л. А. Зенкевич, 1951); мало и других видов фито- и зоопланктона.[ . ]
Другое позитивное обстоятельство связано с тем, что непреднамеренно удобряя воздух углекислотой, человечество способствует повышению продуктивности большинства как дикорастущих, так и культурных видов растений. На это обстоятельство обращают внимание многие ученые, сомневающиеся во вредоносности увеличения концентрации С02 в воздухе. Зато есть более веские основания считать, что газ-утеплитель уже сейчас благодаря приросту концентрации атмосферного С02 в последние 250 лет (XVII в. — 280 частей на млн. и в конце XX в. — 365 частей на млн.) повсеместно на суше и в океане стимулирует увеличение фотосинтеза и, следовательно, способствует выращиванию более высоких урожаев. Следовательно уже сегодня люди получают немалую прибавку продукции сельского и лесного хозяйства.[ . ]
ГНДРОБНОЛбГНЯ [гр. hydor вода, влага] — наука, изучающая растительный и животный мир вод, его азаимоотношения с условиями обитания. биологическую продуктивность океанов, морей и внутренних водоемов.[ . ]
На значительной части земного шара продукция составляет менее 400 г/м2 за год. Это относится к более 30% поверхности суши (рис. 17.1, А) и 90% океана (рис. 17.1, Б). Открытый океан фактически является водной пустыней. С другой стороны, наиболее продуктивные системы соответствуют болотам, маршам, эстуариям, зарослям водорослей, рифам, а также обрабатываемым землям.[ . ]
Именно в северных и крайних южных широтах развивается бурная океаническая жизнь, дающая массу криля — пищу крупнейших морских млекопитающих — китов и обильную рыбную продукцию. Высока продуктивность и тех районов юга океана, где из его глубин поступают холодные воды, богатые кислородом и биогенами. В теплой воде кислород растворяется хуже и мало биогенов. Жизнь обильна там, где их много, например на рифах, а в открытом океане она бедна.[ . ]
По проекту «Саншайн проджект» кроме исследования путей: преобразования энергии ведется широкий комплекс работ по изучению океанографических факторов, взаимодействия океана и атмосферы, взаимодействия ОТЭС с океаном и атмосферой. Изучаются, например, распространение воды, сбрасываемой будущей станцией, вихреобразование в фотической зоне, где смешение теплых и холодных вод может наиболее сильно повлиять на биологическую продуктивность моря [59]. Для сравнения эффективности различных типов теплообменников фирма «Мицубиси дзюкоге», например, установила в 1982 г. на своей опытной станции Син-Токуносима два теплообменных аппарата, выполненных из титана,— кожухотрубный и пластинчатый. В рамках программы в 1985 г. планировался пуск опытной ОТЭС мощностью 1 МВт. В 1990 г. должна быть пущена станция мощностью 10 МВг (опытно-промышленная) и в 1996 г.— промышленная ОТЭС на 100 МВт. Вероятно, станция мощностью 1 МВт будет построена и на о. Науру.[ . ]
Заканчивая краткое изложение данных о водорослях, следует отметить, что в целом водоросли имеют важное значение во многих экологических системах. Фактически, они являются главным источником органических веществ в водоемах. Подсчитано, что водоросли ответственны за ежегодный синтез в Мировом океане органического вещества в количестве 550 млрд тонн, что составляет значительную часть продуктивности всей биосферы. Далее им принадлежит очень значительная роль в обогащении кислородом атмосферы. Наконец, водоросли участвуют в самоочищении водоемов, в почвообразовании.[ . ]
Большую роль в жизни океана играет процесс, названный апвел-лингом. Он происходит там, где ветры постоянно перемещают поверхностную воду прочь от крутого материкового склона. В этих местах на поверхность поднимается холодная глубинная вода, богатая накопленными биогенными элементами. Наиболее продуктивные области океанов сосредоточены в районах апвеллинга, которые располагаются главным образом вдоль западных берегов континентов, о чем свидетельствует развитое здесь рыболовство. Один из богатейших районов мирового рыболовства приурочен к области поднятия холодных вод, образованной Перуанским течением (оценки вылова в этом районе приведены в табл. 13). Этот подъем вод поддерживает, кроме того, большие популяции морских птиц, откладывающих на прибрежных островах бесчисленные тонны богатого нитратами и фосфатами гуано. Там, где нет поверхностных течений, подъемов вод или глубинных течений, вызванных различиями температуры и солености в самой воде, трупы животных, остатки растений и другие органические вещества будут постоянно опускаться на глубину. Таким образом биогенные элементы выносятся из богатых продуцентами освещенных поверхностных слоев и на длительное время «теряются» в донных осадках (гл. 4).[ . ]
Годовой улов морской рыбы во всем мире возрос с 18 млн. т (живой вес) в 1938 г. до 55 млн. т в 1967 г. Около 80% улова получено в трех районах, а именно в северной части Атлантического океана, в западном и северном секторах Тихого океана и у западного побережья Южной Америки. Как это ни странно, только половина улова используется в качестве пищи для людей; другая половина идет на корм домашней птице и скоту. Подобное удлинение пищевой цепи с экологической точки зрения нерационально и экономически оправдано только до тех пор, пока рыба остается «бесплатным» даром природы, который можно брать без расходов на удобрения, борьбу с болезнями и хищниками или на разведение. Мнения относительно того, до каких пределов можно увеличить сбор естественно продуцируемой в море пищи, противоречивы. Некоторые ихтиологи, работающие в рыбном хозяйстве, считают, что этот сбор уже достиг пика, тогда как по мнению других его можно увеличить, но не более чем в 3— 4 раза (см. Холт, 1969; Риккер, 1969). Марикультура (аквакультура в морях или лиманах) к настоящему времени представляет собой важный источник пищи только в немногих районах, таких, как Япония, Индонезия и Австралия (Бардач, 1969).[ . ]
В 1982 г. Генеральная Ассамблея ООН приняла Всемирную Хартию Природы, принципы которой гласят: 1) природа должна охраняться, а основные процессы в ней не нарушаться; 2) генетическое разнообразие на Земле не должно ставиться под угрозу; 3) принципы охраны природы должны распространяться на всю Землю — и на сушу, и на океан; 4) все экосистемы и природные ресурсы должны использоваться так, чтобы сохранялась оптимальная устойчивая продуктивность; 5) природа должна быть застрахована от деградации, связанной с военными действиями.[ . ]
Из названных проблем, касающихся окружающей среды, одной из самых серьезных является проблема загрязнения. Конкретно это относится к увеличению содержания углекислого газа в воздухе и наличию ядовитых и радиоактивных материалов, распространенных как в воде, так и в воздухе и обладающих способностью длительное время сохранять свои опасные свойства. Хотя и радиоактивной промышленности мирного назначения принимаются самые строгие меры для предотвращения радиоактивного заражения среды, однако не все проблемы, связанные с этим вопросом, решены полностью. При рассмотрении вопроса о загрязнении вод океанов можно лишь с сожалением констатировать, что за последнее время отмечен ряд тревожных явлений. В частности, некоторые страны осуществляют захоронение на дне океанов ядовитых отходов, избыточных материалов и т. д. Тревожное положение сложилось в устьях рек, от которых зависит продуктивность океанов.[ . ]
Это искажение можно преодолеть с помощью пирамиды биомасс. В наземных экосистемах биомасса растений всегда существенно больше биомассы животных, а биомасса фитофагов всегда больше биомассы зоофагов (рис. 3.10, б). Иначе выглядят пирамиды биомасс для водных, особенно морских экосистем: биомасса животных обычно намного больше биомассы растений. Эта «неправильность» обусловлена тем, что пирамидами биомасс не учитываются продолжительность существования поколений особей на разных трофических уровнях и скорость образования и выедания биомассы. Главным продуцентом морских экосистем является фитопланктон, имеющий большой репродуктивный потенциал и быструю смену поколений. В океане за год может смениться до 50 поколений фитопланктона. За то время, пока хищные рыбы (а тем более крупные моллюски и киты) накопят свою биомассу, сменится множество поколений фитопланктона, суммарная биомасса которых намного больше. Вот почему универсальным способом выражения трофической структуры экосистем являются пирамиды скоростей образования живого вещества, продуктивности (рис. 3.10, в) Их обычно называют пирамидами энергий, имея в виду энергетическое выражение продукции, хотя правильнее было бы говорить о мощности.[ . ]
Источник