Океанские воды содержат все необходимые условия для зарождения и существования жизни. Если принимать во внимание только размеры Мирового океана, то становится ясным, что для живых организмов здесь места больше, чем на суше. Не случайно половина всех мировых видов растений и $3/4$ животных обитают в Мировом океане . Весь живой мир океана подразделяется на следущие виды:
- планктон (живые, свободно плавающие организмы небольшого размера, не способные противостоять течению вод). К планктону относятся фитоплактон и зоопланктон, как правило это маленького размера рачки и водоросли.
- нектон (совокупность активно плавающих в толще вод живых организмов). К нектону относится самая многочисленная группа живых организмов – это практически все виды рыб, млекопитающих и прочих обитателей.
- бентос (совокупность живых организмов обитающих на дне океанических глубин).
Подробно данные виды живых организмов представлены на Рис.1.
Замечание 1
Общая совокупная биомасса всех живых организмов океана составляет примерно $30$ млрд. тонн. Местами повышенной концентрации биомассы и как правило местами наибольшего биоразнообразия в Мировом океане являются места обильного развития и скопления планктона.
Распределение биомассы в Мировом океане имеет ряд специфических особенностей, присущих только океану.
Типы и количество живых организмов в океане преимущественно определяются следующими лимитирующими факторами :
- глубиной проникновения солнечных лучей;
- концентрацией растворенного кислорода;
- доступностью биогенных веществ;
- температурой.
Естественно, что животных организмов больше всего в верхних слоях океана (до $200$ метров) – это следствие их прямой или косвенной зависимости от фотосинтезирующих организмов.
Замечание 2
Очевидно, что из-за поступления, помимо потока биогенных веществ из донных отложений, дополнительного потока, приходящего со стоком с суши, наибольшей продуктивностью отличаются прибрежные водные экосистемы.
В прибрежных водных экосистемах, а также в открытых водах Мирового океана до глубины $200$ метров наблюдается наибольшее количество биоразнообразия животного и растительного мира, представляющего важнейшую роль в трофической функции не только морских обитателей, но и человека. Ежедневно по всему миру из этой зоны Мирового океана в целях ведения хозяйственной деятельности , добывается миллионы тонн рыбы различного видового состава, а также водорослей и креветок.
В глубоководных районах продуктивность фотосинтезирующих организмов ограничена из-за несовпадения условий питания (биогенные вещества сконцентрированы на дне) и условий освещенности. Однако, некоторые обитатели бентоса представляют собой большую хозяйственную деятельность для человека, это такие животные как мидии, лангусты, раки, устрицы и другие.
Биопродуктивность и биомасса
В пределах открытого океана выделяют три зоны, основным характерными отличиями которых являются глубина проникновения солнечных лучей и как следствие различный количественный и видовой состав биомассы:
- эвфотическая зона (поверхностный слой) – до $200$ метров в глубину, где интенсивно проходят процессы фотосинтеза и осуществляется постоянное и интенсивное перемешивание водных масс в результате воздействия ветровой деятельности, волнений и ураганов. На данную зону приходится более $90\%$ всей океанической биомассы и наибольший коэффициент биопродуктивности.
- батиальная зона (батиаль) – от $200$ до $2500$ метров в глубину, соответствующая материковому склону. Данная зона характеризуется значительно меньшей биопродуктивностью и общим видовым составом.
- абиссальная зона (абиссаль) – как правило, глубже $2500$ метров, для которой характерны практически полная темнота, малая подвижность воды, практически постоянная температура воды от $3$ до $1^\circ \ C$, где живые организмы существуют за счет остатков фотосинтезирующих растений и поедающих их животных вышерасположенных слоев Мирового океана, и поэтому дающая минимальную биологическую продукцию.
В океане наблюдается чередование поясов с повышенной и пониженной фито- и зоомассой. Но если на суше распределение численности живых организмов зависит в первую очередь от температуры и количества осадков и имеет зональный характер, то в океане биомасса того или иного района, прежде всего, зависит от скорости поступления питательных веществ с восходящими потоками воды, т. е. зависит от скорости перемещения придонных, насыщенных биогенными веществами объемов воды на поверхность. Такое перемещение имеет место в зонах подъема холодных глубинных вод на поверхность, а также в мелководных участках океана (в шельфовой зоне), где имеет место ветровое перемешивание всего слоя воды.
Замечание 3
Еще одним важным, с точки зрения продуктивности, местом в океане, где формируются благоприятные условия для образования жизни, – это места, где происходит встреча холодных и теплых океанических течений. Перемешивание водных масс теплых и холодных течений, которые обладают разными температурными режимами и характеризуются различной степенью солености, приводит к тому, что происходит массовая гибель живых организмов вследствие попадания их в неблагоприятные условия обитания. Разлагаясь, погибшие организмы обогащают воды океанов питательными веществами, что, в свою очередь, порождает стремительное развитие жизни других организмов. Из данного примера видно, что наиболее интенсивно жизнь зараждается в зоне с максимальной смертностью.
Меньшей биопродуктивностью характеризуются те акватории Мирового океана, в которых расположены антициклонические циркуляционные системы. К этим районам относятся огромнейшие океанические области, где в условиях преимущественного воздействия нисходящих потоков количество биогенных элементов (продуктов разложения) оказывается максимально низким.
Значительной концентрацией биомассы обладают и прибрежные зоны океана - богатые биогенными веществами зоны мелководья, простирающиеся от линии приливов на берегах до континентального шельфа, являющегося продолжением материковой части под толщей водных масс океанов.
Прибрежные зоны, занимая менее $10\%$ всей площади Мирового океана, концентрируют в себе более $90\%$ всей биомассы (океанической флоры и фауны). Здесь располагается наибольшее число районов мирового рыболовства. В прибрежной зоне выделяют такое местообитания как эстуарий. Эстуарии – это прибрежные районы Мирового океана, где пресные воды водотоков (рек, ручьев и поверхностного стока) перемешиваются с солеными водами океанов. В эстуариях ежегодная удельная биопродуктивность максимальна по сравнению с другими экосистемами.
В прибрежных зонах Мирового океана расположенных в тропических и субтропических широтах, где температурный режим вод превышает $20^\circ \ C$, обитают коралловые рифы. Они, как правило, состоят из нерастворимых соединений кальция, выделяемых животными организмами, а также красными и зелеными водорослями. Коралловые рифы играют важнейшую роль в поддержании солевого состава воды.
У западных побережий континентов, для которых характерны постоянно дующие с суши на море ветры – пассаты – поверхностные воды из рек, озер и прочих водных объектов уносятся с берега в океан, их замещают холодные, богатые питательными веществами, придонные воды. Данное явление носит название апвелинг. Благодаря большому количеству питательных веществ, поступающих из глубин океанических водных масс, в этих районах формируется значительная биопродуктивность. Однако, сезонные изменения климата и течений постоянно оказывают на нее понижающее действие.
Океан отделяется от береговых зон областью резкого увеличения глубин у края континентального шельфа. На его долю приходится порядка $10 \ %$ биомассы океанической флоры и фауны, а бесконечные площади глубин можно отнести к практически пустынным районам в отношении биомассы, но благодаря свои огромным размерам открытый океан является основным поставщиком чистой первичной биологической продукции на Земле.
Роль органического мира океанов для человека
Органический мир океанов играет огромную роль в жизни человека. Разнообразие и богатство представителей водной флоры и фауны обеспечивает человечество постоянной трофической составляющей. Морепродукты являются основными источниками питания для многих стран, особенно азиатских стран островного типа – Японии, Филиппин, Индонезии и других.
Наиболее продуктивные места Мирового океана обеспечивают устойчивое развитие рыболовства, развитие производственной и перерабатывающей базы, рыбохозяйственных отраслей и комплексов. В период мировой глобализации развитие рыбохозяйственного сектора особенно актуальный процесс, в том числе и для Российской Федерации.
Однако в России существует ряд проблем, связанных с переработкой рыбных ресурсов и их логистикой. Помимо этого в России, как и в ряде мировых стран, существуют проблемы экологического характера (браконьерство, загрязнение вод Мирового океана, техногенные катастрофы и т.д.), которые резко снижают продуктивность водной биомассы. Данные факторы резко повышают смертность жизнеспособных организмов, что наносит колоссальный вред не только для конкретной популяции, но и видам для которых эти популяции являются основной трофической составляющей.
Замечание 4
Для сохранения популяций морских организмов в целях сохранения видового разнообразия, а также в целях обеспечения человечества продуктами питания, добываемых из вод Мирового океана, необходимо поддержание существующего экологического состояния водных экосистем, а также незамедлительное устранение последствий техногенного характера, оказывающих негативное воздействие на океаническую биопродуктивность.
Эти ресурсы необходимо рассматривать комплексно, так как они включают в себя:
Биологические ресурсы Мирового океана;
Минеральные ресурсы морского дна;
Энергетические ресурсы вод мирового океана;
Ресурсы морской воды.
Биологические ресурсы Мирового океана – это растения (водоросли) и животные (рыбы, млекопитающие, ракообразные, моллюски). Общий объем биомассы Мирового океана составляет 35 млрд. тонн, из которых 0,5 млрд. тонн приходится только на рыбу. Рыба составляет около 90% добываемых в океане промысловых объектов. Благодаря рыбе, моллюскам и ракообразным человечество на 20% обеспечивает себя белками животного происхождения. Биомасса океана используется также для получения высококалорийной кормовой муки для животноводства.
Более 90% общемирового улова рыбы и нерыбных объектов приходится на шельфовую зону. Наибольшая часть Мирового улова добывается в водах умеренных и высоких широт Северного полушария. Из океанов самый большой улов дает Тихий океан. Из морей Мирового океана самыми продуктивными являются Норвежское, Берингово, Охотское, Японское.
В последние годы в мире все более широкое распространение находит разведение некоторых видов организмов на искусственно созданных морских плантациях. Эти промыслы называют марикультурой. Развитие ее имеет место в Японии и Китае (устрицы-жемчужницы), США (устрицы и мидии), Франции и Австралии (устрицы), средиземноморских странах Европы (мидии). В России, в морях Дальнего Востока, выращивают морскую капусту (ламинарию) и морские гребешки.
Состояние запасов водных биологических ресурсов, эффективное управление ими приобретает все большее значение как для обеспечения населения высококачественными пищевыми продуктами, так и для снабжения сырьем многих отраслей промышленности и сельского хозяйства (в частности, птицеводства). Имеющаяся информация свидетельствует о возрастающей нагрузке на Мировой океан. При этом из-за сильного загрязнения резко снизилась биологическая продуктивность Мирового океана.В 198…. гг. ведущие ученые прогнозировали, что к 2025 г. мировая продукция рыболовства достигнет 230 – 250 млн т, в том числе за счет аквакультуры – 60 – 70 млн т. В 1990 гг. ситуация изменилась: прогнозы морских уловов на 2025 г. снизились до 125-130 млн т, в то время как прогнозы объема производства рыбопродукции за счет аквакультуры возросли до 80 – 90 млн т. При этом считается очевидным, что темпы прироста народонаселения Земли превысят темпы прироста рыбопродукции. Отмечая необходимость обеспечения продовольствием настоящего и будущих поколений, следует признать значительный вклад рыболовства в доход, благосостояние и продовольственную безопасность всех наций и его особую важность для некоторых стран с низким уровнем доходов и дефицитом продовольствия. Осознавая ответственность ныне живущего населения за сохранение биологических ресурсов для будущих поколений, в декабре 1995 г. в Японии 95 государств, в том числе Россия, приняли Киотскую декларацию и План действий по устойчивому вкладу рыболовства в продовольственную безопасность. Было предложено основывать политику, стратегию и использование ресурсов для устойчивого развития рыболовного сектора, исходя из следующих основных положений:
Сохранение экологических систем;
Использование достоверных научных данных;
Повышение социально-экономического благосостояния;
Справедливость распределения ресурсов внутри и между поколениями.
Российская Федерация наряду с другими странами взяла на себя обязательства руководствоваться при развитии национальной стратегии рыболовства следующими конкретными принципами:
Признание и оценка важной роли, которую морское рыболовство, рыболовство во внутренних водоемах и аквакультура играет в продовольственной безопасности мира как через обеспечение продовольствием, так и через экономическое благосостояние;
Эффективное применение положений Конвенции ООН по морскому праву, Соглашения ООН по трансграничным рыбным запасам и запасам далеко мигрирующих рыб, Соглашения о содействии выполнению международных мер по сохранению и управлению рыболовными судами в открытом море и Кодекса ответственного рыболовства ФАО, а также приведение в соответствие своего национального законодательства с этими документами;
Развитие и укрепление научных исследований как фундаментальных основ устойчивого развития рыболовства и аквакультуры для обеспечения продовольственной безопасности, а также обеспечение научного и технического содействия и поддержки странам, имеющим незначительные научно-исследовательские возможности;
Оценка продуктивности запасов в водах под национальной юрисдикцией, как внутренних, так и морских, приведение промысловых мощностей в этих водах к уровню, сопоставимому с долговременной продуктивностью запасов, и своевременное принятие надлежащих мер для восстановления переловленных, запасов до устойчивого состояния, а также сотрудничества в соответствии с международным правом для принятия аналогичных мер в отношении запасов, встречающихся в открытом море;
Сохранение и устойчивое использование биологического разнообразия и его компонентов в водной среде и, в частности, предотвращение практики, ведущей к необратимым изменениям, таким, как уничтожение видов генетической эрозией или крупномасштабное разрушение среды обитания;
Содействие развитию марикультуры и аквакультуры в прибрежных морских и внутренних водах путем установления надлежащих правовых механизмов, координации использования земли и воды с другими видами деятельности, использования наилучшего и наиболее подходящего генетического материала в соответствии с требованиями по сохранению и устойчивому использованию внешней среды и сохранения биологического разнообразия, применения оценки последствий социального плана и влияния на окружающую среду.
Минеральные ресурсы Мирового океана – это твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые. Различают ресурсы шельфовой зоны и ресурсы глубоководного дна.
Первое место среди ресурсов шельфовой зоны принадлежит нефти и газу. Основные районы нефтедобычи – Персидский, Мексиканский, Гвинейский заливы, берега Венесуэлы, Северное море. Шельфовые нефтегазоносные районы есть в Беринговом, Охотском морях. Общее число нефтегазоносных бассейнов, разведанных в осадочной толще океанического шельфа, превышает 30. Большинство из них представляют собой продолжение бассейнов суши. Общие запасы нефти на шельфе оцениваются в 120 – 150 млрд. тонн.
Среди твердых полезных ископаемых шельфовой зоны можно выделить три группы:
коренные месторождения руд железа, меди, никеля, олова, ртути и др.;
прибрежно-морские россыпи;
отложения фосфоритов в более глубоких частях шельфа и на материковом склоне.
Коренные месторождения руд металлов разрабатываются с помощью выработок, прокладываемых с берега или с островов. Иногда такие выработки уходят под дно моря на расстояние 10-20 км от берега. Из подводных недр добывают железную руду (у берегов острова Кюсю, в Гудзоновом заливе), каменный уголь (Япония, Великобритания), серу (США).
В прибрежно-морских россыпях содержатся цирконий, золото, платина, алмазы. Примерами таких разработок может служить добыча алмазов – у побережья Намибии; циркония и золота – у побережья США; янтаря – на берегах Балтийского моря.
Отложения фосфоритов разведаны прежде всего в Тихом океане, но пока промышленная их разработка нигде не ведется.
Главное богатство глубоководного ложа океана – железомарганцевые конкреции. Установлено, что конкреции встречаются в верхней пленке глубоководных осадков на глубине от 1 до 3 км, а на глубине более 4 км нередко образуют сплошной слой. Общие запасы конкреций исчисляются триллионами тонн. Помимо железа и марганца, они содержат никель, кобальт, медь, титан, молибден и другие элементы (более 20). Наибольшее количество конкреций обнаружено в центральной и восточной частях Тихого океана. В США, Японии и ФРГ уже разработаны технологии добычи конкреций со дна океана.
Кроме железо - марганцевых конкреций на дне океана встречаются и железо – марганцевые корки, покрывающие породы в областях срединно-океанических хребтов на глубине 1 – 3 км. Они содержат больше марганца, чем конкреции.
Энергетические ресурсы – принципиально доступная механическая и тепловая энергия Мирового океана, из которой используется главным образом приливная энергия . Приливные электростанции имеются во Франции в устье реки Ране, в России Кислогубская ПЭС на Кольском полуострове. Разрабатываются и частично реализуются проекты использования энергии волн и течений . Наибольшими ресурсами приливной энергии обладают Франция, Канада, Великобритания, Австралия, Аргентина, США, Россия. Высота прилива в этих странах достигает 10-15 м.
Морская вода также является ресурсом Мирового океана. Она содержит около 75 химических элементов. Из вод морей извлекают около … /…. добываемой в мире поваренной соли, 60% магния, 90% брома и калия. Воды морей в ряде стран используются для промышленного опреснения. Крупнейшие производители пресной воды – Кувейт, США, Япония.
При интенсивном использовании ресурсов Мирового океана происходит его загрязнение в результате сброса в реки и моря промышленных, сельскохозяйственных, бытовых и других отходов, судоходства, добычи полезных ископаемых. Особую угрозу представляет нефтяное загрязнение и захоронение в глубоководных частях океана токсичных веществ и радиоактивных отходов. Проблемы Мирового океана – это проблемы будущего человеческой цивилизации. Они требуют согласованных международных мер по координации использования его ресурсов и предотвращению дальнейшего загрязнения.
Фитопланктон, связывая в процессе фотосинтеза CO 2 и образуя органическое вещество, дает начало всем пищевым цепям в океане. Анализ множества данных о количестве фитопланктона в разных районах Мирового океана (с конца XIX века рассчитанных по имеющимся оценкам прозрачности, а с начала 1980-х годов получаемых дистанционно, с космических аппаратов) показывает, что биомасса его за последнее столетие снижалась со скоростью около 1% в год. Наиболее заметное снижение отмечено для центральных олиготрофных районов океана. Хотя эти районы отличаются очень низкой продуктивностью, они занимают огромную площадь, и потому суммарный их вклад в продукцию и в биомассу фитопланктона океана оказывается весьма существенным. Наиболее вероятная причина снижения биомассы - повышение температуры поверхностного слоя океана, ведущее к уменьшению глубины перемешивания и сокращению поступления из нижележащих слоев элементов минерального питания.
Примерно половина всей первичной продукции нашей планеты (то есть органического вещества, образуемого зелеными растениями и другими фотосинтезирующими организмами) приходится на океан. Основные продуценты океана - это взвешенные в верхних слоях водной толщи микроскопические водоросли и цианобактерии (то, что в совокупности и называют фитопланктоном). Широкомасштабное количественное изучение продукции и биомассы фитопланктона Мирового океана развернулось в 1960-70-х годах. Исследователи (в том числе из Института океанологии Академии наук СССР) опирались тогда на метод, в основе которого - поглощение фитопланктоном радиоактивного изотопа углерода 14 C. Изотопом была помечена двуокись углерода CO 2 , добавляемая в пробы воды с фитопланктоном, поднятые на борт судна. В результате этих работ были построены карты распределения фитопланктона по всей акватории Мирового океана (см., например: Koblentz-Mishke et al., 1970). В центральных, занимающих большую площадь, областях океана биомасса фитопланктона и его продукция очень низкие. Высокие значения биомассы и продукции приурочены к прибрежьям и районам апвеллингов (см.: Upwelling), где к поверхности поднимаются глубинные воды, богатые элементами минерального питания. Прежде всего это фосфор и азот, недостаток которых как раз и ограничивает рост фитопланктона на большей части океанической акватории.
Новый этап в количественном изучении распределения фитопланктона Мирового океана начался в самом конце 1970-х годов, после появления дистанционных (со спутников) методов зондирования поверхностных вод и определения содержания в них хлорофилла. Хотя до аппаратов, находящихся у верхней границе атмосферы, доходит не более 10% фотонов света, который отражается от воды и несет информацию об ее цветности, этого достаточно, чтобы рассчитать количество хлорофилла, а соответственно, и биомассу фитопланктона (рис. 1). По величинам биомассы можно судить и о продукции фитопланктона, что проверено в ходе специальных исследований, сопоставляющих спутниковые данные с результатами оценок продукции, полученных экспериментально in situ на научно-исследовательских судах. Конечно, разные аппараты дают несколько разные данные, но общая картина пространственного распределения фитопланктона и его динамики (сезонной и межгодовой) получается очень подробной. Достаточно сказать, что аппарат Sea WiFS (Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor - Широкополосный обозреватель моря) сканирует весь мировой океана за два дня.
Накопленный за последние 30 лет огромный массив данных позволил выявить определенные периодические колебания биомассы фитопланктона, в частности связанные с Эль-Ниньо , или, точнее, с «Южной Осцилляцией» (El Niño-Southern Oscillation). Анализируя эти материалы, исследователи высказывали предположение о существовании и более долговременных изменений биомассы фитопланктона, но их трудно было выявить из-за нехватки данных за период, предшествующий спутниковым измерениям. Попытку хотя бы частично разрешить эту задачу предприняли недавно специалисты из канадского университета Далхаузи в Галифаксе (Dalhousie University , Halifax, Nova Scotia). Судить о биомассе фитопланктона 50 и даже 100 лет назад можно по оценкам прозрачности - величины, регулярно измеряемой в научно-исследовательских экспедициях начиная с конца XIX века.
Инструмент для измерения прозрачности воды, крайне простой, но оказавшийся очень полезным, был придуман еще 1865 году итальянским астрономом (а заодно и священником) Анджело Секки (Pietro Angelo Secchi), которому было поручено составить карту прозрачности Средиземного моря для папского флота. Прибор, получивший название «диск Секки» (см. рис. 2), представляет собой белый металлический диск диаметром 20 или 30 см, который опускается в воду на размеченной веревке. Глубина, на которой наблюдатель перестает видеть диск, - это и есть прозрачность по Секки. Поскольку основная часть взвеси, влияющая на прозрачность воды, приходится на фитопланктон, то любые изменения величины прозрачности. как правило, хорошо отражают изменения количества фитопланктона.
Опираясь на стандартизированные оценки прозрачности, доступные с 1899 года, и на результаты недавнего сопоставления величины прозрачности с концентрацией хлорофилла, исследователи получили, во-первых, картину распределения биомассы фитопланктона в Мировом океане (рис. 3), а во-вторых, изменение биомассы фитопланктона за столетний период (рис. 4). Всего в их распоряжении были результаты более 455 тысяч измерений, охватывающих период с 1899-го по 2008 год. При этом данные, относящиеся непосредственно к прибрежной зоне (менее 1 км от берега и на глубинах менее 25 м), сознательно не включались в выборку, так как в таких местах очень заметно влияние стоков с берега. Больше всего измерений было сделано уже после 1930 года в северных областях Атлантического и Тихого океанов. Основной вывод, к которому приходят авторы, - это постепенное снижение общей биомассы фитопланктона за последнее столетие со средней скоростью около 1% в год.
Для оценки локальных тенденций вся акватория Мирового океана была разбита решеткой с ячейками размером 10° × 10°, и все величины рассчитывались как средние на ячейку. Снижение биомассы фитопланктона было отмечено в 59% ячеек, для которых имелись достаточно надежные данные. Больше всего таких ячеек в высоких широтах (более 60° по широте). Однако для некоторых районов океана отмечено повышение биомассы - в частности, в восточной части Тихого океана, а также в северных и южных районах Индийского океана. Центральные олиготрофные области океанов фактически расширили занимаемые акватории, а в этих областях, несмотря на низкую продуктивность, образуется сейчас в целом около 75% всей первичной продукции Мирового океана.
Чтобы представить себе изменения на уровне крупных регионов, вся акватория океана была разбита на 10 областей (рис. 5): Арктику, Северную, Экваториальную и Южную Атлантику, северную и южную части Индийского океана, Северную, Экваториальную и Южную Пацифику, а также Южный океан. Анализ усредненных данных по этим крупным регионам показал, что достоверное увеличение отмечено только для южной части Индийского океана и статистически недостоверное - для северной части Индийского океана. Для всех остальных регионов отмечено значимое сокращение биомассы фитопланктона.
Обсуждая возможные причины наблюдаемых изменений, авторы обращают внимание прежде всего на повышение температуры поверхностного слоя водной толщи. Оно охватило почти весь океан и привело к уменьшению толщины перемешиваемого слоя. Соответственно, сокращается приток элементов минерального питания (прежде всего фосфатов и нитратов) из нижележащих слоев. Однако авторы признают, что подобное объяснение не подходит для высоких широт. Там потепление верхнего слоя должно способствовать повышению, а не понижению продукции и биомассы фитопланктона. Очевидно, что механизмы, определяющие крупномасштабные изменения биомассы фитопланктона, нуждаются в дополнительном изучении.
Биомасса биосферы составляет примерно 0,01% от массы косного вещества биосферы, причем около 99% процентов биомассы приходится на долю растений, на долю консументов и редуцентов — около 1%. На континентах преобладают растения (99,2%), в океане — животные (93,7%)
Биомасса суши гораздо больше биомассы мирового океана, она составляет почти 99,9%. Это объясняется большей продолжительностью жизни и массой продуцентов на поверхности Земли. У наземных растений использование солнечной энергии для фотосинтеза достигает 0,1%, а в океане — только 0,04%.
«2. Биомасса суши и океана»
Тема: Биомасса биосферы.
1. Биомасса суши
Биомасса биосферы – 0,01% от косного вещества биосферы, 99% приходится на долю растений. На суше преобладает биомасса растений (99,2%), в океане – животных (93,7%). Биомасса суши составляет почти 99,9%. Это объясняется большей массой продуцентов на поверхности Земли. Использование солнечной энергии для фотосинтеза на суше достигает 0,1%, а в океане – только 0,04%.
Биомасса поверхности суши представлена биомассой тундры (500 видов) , тайги , смешанных и широколиственных лесов, степей, субтропиков, пустынь и тропиков (8000 видов), где условия для жизни наиболее благоприятны.
Биомасса почвы. Растительный покров обеспечивает органическим веществом всех обитателей почвы - животных (позвоночных и беспозвоночных), грибы и огромное количество бактерий. "Великие могильщики природы" – так назвал бактерии Л.Пастер.
3. Биомасса Мирового океана
– Бентосные организмы (от греч. benthos - глубина) живут на грунте и в грунте. Фитобентос: зеленые, бурые, красные водоросли встречаются на глубине до 200 м. Зообентос представлен животными.
– Планктонные организмы (от греч. planktos - блуждающий) представлены фитопланктоном и зоопланктоном.
– Нектонные организмы (от греч. nektos - плавающий) способны активно передвигаться в толще воды.
Просмотр содержимого документа
«Биомасса биосферы»
Урок. Биомасса биосферы
1. Биомасса суши
Биомасса биосферы составляет примерно 0,01% от массы косного вещества биосферы, причем около 99% процентов биомассы приходится на долю растений, на долю консументов и редуцентов - около 1%. На континентах преобладают растения (99,2%), в океане - животные (93,7%)
Биомасса суши гораздо больше биомассы мирового океана, она составляет почти 99,9%. Это объясняется большей продолжительностью жизни и массой продуцентов на поверхности Земли. У наземных растений использование солнечной энергии для фотосинтеза достигает 0,1%, а в океане - только 0,04%.
Биомасса различных участков поверхности Земли зависит от климатических условий - температуры, количества выпадаемых осадков. Суровые климатические условия тундры - низкие температуры, вечная мерзлота, короткое холодное лето сформировали своеобразные растительные сообщества с небольшой биомассой. Растительность тундры представлена лишайниками, мхами, стелющимися карликовыми формами деревьев, травянистой растительностью, выдерживающей такие экстремальные условия. Биомасса тайги, затем смешанных и широколиственных лесов постепенно увеличивается. Зона степей сменяется субтропической и тропической растительностью, где условия для жизни наиболее благоприятны, биомасса максимальна.
В верхнем слое почвы наиболее благоприятный водный, температурный, газовый режим для жизнедеятельности. Растительный покров обеспечивает органическим веществом всех обитателей почвы - животных (позвоночных и беспозвоночных), грибы и огромное количество бактерий. Бактерии и грибы - редуценты, они играют значительную роль в круговороте веществ биосферы, минерализуя органические вещества. "Великие могильщики природы" - так назвал бактерии Л.Пастер.
2. Биомасса мирового океана
Гидросфера "водная оболочка" образована Мировым океаном, который занимает около 71% поверхности земного шара, и водоемами суши - реками, озерами - около 5%. Много воды находится в подземных водах и ледниках. В связи с высокой плотностью воды, живые организмы могут нормально существовать не только на дне, но и в толще воды, и на ее поверхности. Поэтому гидросфера заселена по всей толщине, живые организмы представлены бентосом , планктоном и нектоном .
Бентосные организмы (от греч. benthos - глубина) ведут придонный образ жизни, живут на грунте и в грунте. Фитобентос образован различными растениями - зелеными, бурыми, красными водорослями, которые произрастают на различных глубинах: на небольшой глубине зеленые, затем бурые, глубже - красные водоросли которые встречаются на глубине до 200 м. Зообентос представлен животными - моллюсками, червями, членистоногими и др. Многие приспособились к жизни даже на глубине более 11 км.
Планктонные организмы (от греч. planktos - блуждающий) - обитатели толщи воды, они не способны самостоятельно передвигаться на большие расстояния, представлены фитопланктоном и зоопланктоном. К фитопланктону относятся одноклеточные водоросли, цианобактерии, которые находятся в морских водоемах до глубины 100 м и являются основным продуцентом органических веществ - у них необычайно высокая скорость размножения. Зоопланктон - это морские простейшие, кишечнополостные, мелкие ракообразные. Для этих организмов характерны вертикальные суточные миграции, они являются основной пищевой базой для крупных животных - рыб, усатых китов.
Нектонные организмы (от греч. nektos - плавающий) - обитатели водной среды, способные активно передвигаться в толще воды, преодолевая большие расстояния. Это рыбы, кальмары, китообразные, ластоногие и другие животные.
Письменная работа с карточками:
Сравните биомассу продуцентов и консументов на суше и в океане.
Как распределена биомасса в Мировом океане?
Охарактеризуйте биомассу суши.
Дайте определение терминам или раскройте понятия: нектон; фитопланктон; зоопланктон; фитобентос; зообентос; процент биомассы Земли от массы косного вещества биосферы; процент биомассы растений от общей биомассы наземных организмов; процент биомассы растений от общей биомассы водных организмов.
Карточка у доски:
Какой процент биомассы Земли от массы косного вещества биосферы?
Какой процент от биомассы Земли приходится на долю растений?
Какой процент от общей биомассы наземных организмов составляет биомасса растений?
Какой процент от общей биомассы водных организмов составляет биомасса растений?
Какой % солнечной энергии используется для фотосинтеза на суше?
Какой % солнечной энергии используется для фотосинтеза в океане?
Как называются организмы, населяющие толщу воды и переносимые морскими течениями?
Как называются организмы, населяющие грунт океана?
Как называются организмы, активно передвигающимися в толще воды?
Тестовое задание:
Тест 1 . Биомасса биосферы от массы косного вещества биосферы составляет:
Тест 2 . На долю растений от биомассы Земли приходится:
Тест 3 . Биомасса растений на суше по сравнению с биомассой наземных гетеротрофов:
Составляет 60%.
Составляет 50%.
Тест 4 . Биомасса растений в океане по сравнению с биомассой водных гетеротрофов:
Преобладает и составляет 99,2%.
Составляет 60%.
Составляет 50%.
Меньше биомассы гетеротрофов и составляет 6,3%.
Тест 5 . Использование солнечной энергии для фотосинтеза на суше в среднем составляет:
Тест 6 . Использование солнечной энергии для фотосинтеза в океане в среднем составляет:
Тест 7 . Бентос океана представлен:
Тест 8 . Нектон океана представлен:
Активно передвигающимися в толще воды животными.
Организмами, населяющими толщу воды и переносимыми морскими течениями.
Организмами, живущими на грунте и в грунте.
Организмами, живущими на поверхностной пленке воды.
Тест 9 . Планктон океана представлен:
Активно передвигающимися в толще воды животными.
Организмами, населяющими толщу воды и переносимыми морскими течениями.
Организмами, живущими на грунте и в грунте.
Организмами, живущими на поверхностной пленке воды.
Тест 10 . От поверхности вглубь водоросли произрастают в следующем порядке:
Неглубоко бурые, глубже зеленые, глубже красные до - 200 м.
Неглубоко красные, глубже бурые, глубже зеленые до - 200 м.
Неглубоко зеленые, глубже красные, глубже бурые до - 200 м.
Неглубоко зеленые, глубже бурые, глубже красные - до 200 м.
Мировой океан - это экологическая система, единая функциональная совокупность организмов и среды их обитания . Океаническая экосистема обладает физико-химическими особенностями, которые дают определённые преимущества для обитания в ней живых организмов.
Постоянная морская циркуляция приводит к интенсивному перемешиванию океанических вод, в результате чего дефицит кислорода сравнительно редок в океанских глубинах .
Важным фактором в существовании и распределении жизни в толще Мирового океана является количество проникающего света, по которому океан подразделяют на две горизонтальные зоны: эвфотическую (обычно до 100-200 м) и афотическую (простирается до самого дна) . Эвфотическая зона - зона первичного продуцирования, она характеризуется поступлением сюда большого количества солнечного света и, как следствие, выгодными условиями для развития первичного источника энергии в морских пищевых цепях - микропланктона, в состав которого входят мельчайшие зеленые водоросли и бактерии. Наиболее продуктивная часть эвфотической зоны - область континентального шельфа (в целом совпадает с сублиторальной зоной). Большое обилие зоопланктона и фитопланктона в данной области в сочетании с высоким содержанием биогенных элементов, вымываемых с суши реками и временными водотоками, а также местами поднятие холодных, богатых кислородом, глубинных вод (зоны апвеллинга) привело к тому, что почти все крупное промысловое рыболовство сосредоточено на континентальном шельфе.
Эвфотическая зона характеризуется меньшей продуктивностью, главным образом из-за того, что сюда поступает меньшее количество солнечного света, и условия для развития первого звена пищевых цепей в океане крайне ограничены.
Другим важным фактором, определяющим существование и распределение жизни в Мировом океане, является концентрация в воде биогенных элементов (особенно фосфора и азота, которые поглощаются одноклеточными водорослями наиболее активно) и растворенного кислорода. Биогенные элементы поступают в воду преимущественно с речным стоком и достигают максимальной концентрации на глубине 800-1000 м , но основное потребление биогенных веществ фитопланктоном сосредоточено в поверхностном слое толщиной 100-200 м. Здесь фотосинтезирующие водоросли выделяют кислород, который в процессе вертикальной циркуляции вод уносится в глубины океана, создавая там условия для существования жизни. Таким образом, на глубине (100-200 м) с достаточным количеством содержащихся биогенных элементов и достаточной концентрацией растворенного кислорода создаются условия для существования растительных организмов (фитопланктона), которые обусловливают размножение и распространение зоопланктона, рыб и других животных.
В Мировом океане основная ступень в пирамиде биомассы - одноклеточные водоросли делятся с большой скоростью и дают очень высокую продукцию. Это объясняет то, что биомасса животных в два десятка раз больше растительной биомассы. Общая биомасса Мирового океана составляет примерно 35 млрд. т. При этом на долю животных приходится 32,5 млрд. т., а водорослей - 1,7 млрд. т. . Однако общее количество воорослей меняется мало, потому что их достаточно быстро поедает зоопланктон и различные фильтраторы (например, киты). Рыбы, головоногие моллюски, крупные ракообразные растут и размножаются медленнее, но еще медленнее поедаются врагами, поэтому их биомасса успевает накопиться. Пирамида биомасс в океане оказывается, таким образом, перевернутой . В наземных экосистемах скорость поедания растительного прироста ниже и пирамида биомасс в большинстве случаев напоминает пирамиду продукции.
Рис. 4.
Продукция зоопланктона оказывается в 10 раз меньше, чем у одноклеточных водорослей. Продукция рыб и других представителей нектона по сравнению с планктоном в 3000 раз меньше, что обеспечивает крайне благоприятные условия их развития .
Высокая продуктивность бактерий и водорослей обеспечивает переработку остатков жизнедеятельности большой биомассы океана, что в сочетании с вертикальным перемешиванием вод Мирового океана способствует разложению этих остатков, тем самым происходит образование и сохранение окислительных свойств водной среды, которые создают исключительно благоприятные условия для развития жизни во всей толще Мирового океана . Лишь в отдельных регионах Мирового океана в результате особо резкого расслоения вод в глубинных слоях формируется восстановительная среда.
Условия обитания в океане отличаются высоким постоянством, ввиду чего обитатели океана не нуждаются в специализированных покровах и приспособлениях, которые так необходимы живым организмам на суше, где не редки резкие и интенсивные изменения экологических факторов.
Высокая плотность морской воды обеспечивает физическую поддержку морским организмам, в результате чего организмы с большой массой тела (китообразные) прекрасно сохраняют плавучесть.
Все организмы, обитающие в океане, делятся на три (наиболее крупные) экологические группы (исходя из образа жизни и местообитания): планктон, нектон и бентос. Планктон - совокупность организмов, не способных к самостоятельному передвижению, которые переносятся водами и течениями. Планктон отличается наибольшей биомассой и самым большим видовым разнообразием. В состав планктона входит зоопланктон (животный планктон), населяющий всю толщу океана, и фитопланктон (растительный планктон), обитающий только в поверхностном слое воды (до глубины 100-150 м). Фитопланктон, главным образом мельчайшие одноклеточные водоросли, является кормом для зоопланктона. Нектон - животные, способные к самостоятельному передвижению в толще воды на большие расстояния. К нектону относятся китообразные, ластоногие, рыбы, сиреновые, морские змеи и морские черепахи. Суммарная биомасса нектона составляет примерно 1 млрд. т, половина этой суммы приходится на рыб. Бентос - совокупность организмов, обитающих на дне океана или в донных отложениях. Животный бентос - это все типы беспозвоночных (мидии, устрицы, крабы, омары, лангусты); растительный бентос представлен в основном разнообразными водорослями.
Общая биологическая масса Мирового океана (суммарная масса всех организмов, обитающих в океане) составляет 35-40 млрд. т. . Она гораздо меньше биологической массы суши (2420 млрд. т.), несмотря на то, что океан имеет большие размеры. Это объясняется тем, что большая часть площади океана - почти безжизненные водные пространства, и лишь периферия океана и зоны апвеллинга характеризуются наибольшей биологической продуктивностью. Кроме того, на суше фитомасса превосходит зоомассу в 2000 раз, а в Мировом океане биомасса животных больше биомассы растений в 18 раз.
Живые организмы в Мировом океане распространены неравномерно, так как на их формирование и видовое разнообразие влияет целый ряд факторов . Как уже было сказано выше, распространение живых организмов во многом зависит от распределения показателей температуры и солёности в океане по широтам. Так, более теплые воды отличаются более высоким биоразнообразием (в море Лаптевых обитает 400 видов живых организмов, а в Средиземном - 7000 видов), а пределом распространения большинства морских животных в океане является солёность с показателями от 5 до 8 промилле . Прозрачность допускает проникновение благоприятных солнечных лучей лишь до глубины 100-200 м, в результате эта область океана (сублитораль) характеризуется наличием света, большим обилием пищи, активным перемешиванием водных масс - всё это обусловливает создание наиболее благоприятных условий для развития и существования жизни в этой области океана (в верхних слоях океана до глубины 500 м обитает 90 % всех рыбных богатств ). В течение года природные условия в разных регионах Мирового океана заметно меняются. К этому приспособились многие живые организмы, научившись совершать вертикальные и горизонтальные перемещения (миграции) на дальние расстояния в толще воды. При этом планктонные организмы способны к пассивным миграциям (с помощью течений), а рыбы и млекопитающие - к активным (самостоятельным) в периоды питания и размножения.