От поверхности до самого дна в океане кипит жизнь разнообразных животных и растений. Так же как и на суше, почти вся жизнь здесь зависит от растений. Основная пища - миллиарды микроскопических растений, называемые фитопланктоном, которые переносятся течениями. Используя солнечных лучей, они создают себе пищу из морской , углекислоты и минеральных . В ходе этого процесса, называемого фотосинтезом , фитопланктон производит 70% атмосферного кислорода. Фитопланктон состоит в основном из маленьких растений, называемых диатомеями. В чашке морской воды их может быть до 50 тысяч. Фитопланктон может жить только возле поверхности, где достаточно света для фотосинтеза. Другая часть планктона - зоопланктон не участвует в фотосинтезе и поэтому может жить глубже. Зоопланктон - это крошечные животные. Они питаются фитопланктоном или поедают друг друга. Зоопланктон включает молодь - личинки крабов, креветок, медуз и рыб. Большинство из них совсем не похожи на взрослые особи. Оба типа планктона служат пищей для рыб и других животных - от маленькой медузы до огромных китов и акул. Количество планктона меняется от места к месту и от сезона к сезону. Больше всего планктона встречается на континентальном шельфе и у полюсов. Криль - один из видов зоопланктона. Больше всего криля в Южном океане. Планктон живет и в пресных водах. Если сможете, рассмотрите под микроскопом каплю воды из пруда или реки или каплю морской воды
Пищевые цепи и пирамиды
Животные поедают растения или других животных и сами служат пищей для других видов. Более 90% обитателей моря кончают жизнь в чужих желудках. Вся жизнь в океане соединена, таким образом, в огромную пищевую цепь, начинающуюся с фитопланктона. Чтобы прокормить одно большое животное, надо много маленьких, поэтому крупных животных всегда меньше, чем мелких. Это можно изобразить в виде пирамиды питания. Чтобы увеличить свою массу на 1 кг, тунцу нужно съесть 10 кг скумбрии. Для получения 10 кг скумбрии нужно 100 кг молодой сельди. На 100 кг молодой сельди нужно 1000 кг зоопланктона. Чтобы выкормить 1000 кг зоопланктона, нужно 10 000 кг фитопланктона.
Этажи океана
Толщу океана можно разделить на слои, или зоны, по количеству света и тепла, которые проникают с поверхности (см. так же статью « «). Чем глубже зона, тем в ней холоднее и темнее. Все растения и большинство животных находятся в двух верхних зонах. Солнечная зона дает жизнь всем растениям и большому разнообразию животных. В сумеречную зону проникает лишь немного света с поверхности. Самые крупные обитатели здесь – рыбы, кальмары и осьминоги. В темной зоне около 4 градусов цельсия. Животные здесь питаются в основном «дождем» из отмершего планктона, опускающего с поверхности. В абиссальной зоне полный мрак и ледяной холод. Немногие животные, которые обитают там, живут при постоянном высоком давлении. Животные встречаются и в океанских впадинах, на глубинах более 6 км от поверхности. Они питаются тем, что опускается сверху. Около 60% глубоководных рыб имеют собственное свечение, чтобы находить пищу, обнаруживать врагов и подавать сигналы родичам.
Коралловые рифы
Коралловые рифы находятся на мелководье в теплых, чистых тропических водах. Они слагаются из скелетов маленьких животных, называемых коралловыми полипами. Когда старые полипы умирают, новые начинают расти на их скелетах. Старейшие рифы начали расти много тысяч лет назад. Один из видов коралловых рифов - это атолл, имеющий форму кольца или подковы. Ниже показано образование атоллов. Коралловые рифы начали расти вокруг вулканического острова. Посла затухания вулкана остров стал опускаться на дно. Риф продолжает расти по мере погружения острова. В середине рифа образуется лагуна (мелков соленое озеро). Когда остров затонул полностью, коралловый риф образовал атолл - кольцевой риф с лагуной посередине. Коралловые рифы отличаются более разнообразной жизнью, чем другие части океана. Там водится треть всех видов океанских рыб. Самым крупным является Большой Барьерный риф на восточном побережье Австралии. Он протянулся на 2027 км и приютил 3000 видов
Средняя глубина воды в океанах - 4000 м, однако в некоторых океанских впадинах она может достигать 11 тыс. м. Под воздействием ветра, волн, приливов и течений вода океанов находится в постоянном движении. Волны, поднимаемые ветром, не затрагивают глубинные водные массы. Это делают приливы, перемещающие воду с периодичностью, соответствующей фазам Луны. Между океанами воду переносят течения. Поверхностные течения, двигаясь, медленно вращаются по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки в Южном.
Океанское дно:
Большая часть океанского дна представляет собой плоскую равнину, однако местами над ним на тысячи метров поднимаются горы. Иногда они возвышаются над поверхностью воды в виде островов. Многие такие острова - действующие либо потухшие вулканы. Через центральную часть дна ряда океанов тянутся горные хребты. Они постоянно растут за счет излияния вулканической лавы. Каждый новый поток, выносящий горную породу на поверхность подводных хребтов, формирует рельеф ложа океана.
Океанское дно в основном покрыто песком или илом - их приносят реки. Местами там бьют горячие источники, из которых осаждаются сера и другие минералы. Останки микроскопических растений и животных опускаются с поверхности океана на дно, образуя слой крошечных частиц (органический осадок). Под давлением вышележащей воды и новых осадочных слоев рыхлый осадок медленно превращается в горную породу.
Океанические зоны:
В глубину океан можно разделить на три зоны. В солнечных поверхностных водах наверху - так называемой зоне фотосинтеза - плавает большинство океанских рыб, а также планктон (сообщество из миллиардов микроскопических существ, обитающих в толще воды). Под зоной фотосинтеза лежат более тускло освещенная сумеречная зона и глубокие холодные воды зоны мрака. В нижних зонах встречается меньше форм жизни - там обитают главным образом плотоядные (хищные) рыбы.
В большей части океанской воды температура примерно одинаковая - около 4 °С. При погружении человека вглубь давление на него воды сверху постоянно растет, затрудняя быстрое движение. На больших глубинах, кроме того, температура падает до 2 °С. Света становится все меньше, пока наконец на глубине 1000 м не воцаряется полная темнота.
Жизнь у поверхности:
Растительный и животный планктон в зоне фотосинтеза - это пища для мелких животных, например рачков, креветок, а также молоди морских звезд, крабов и других морских обитателей. Вдали от защищенных прибрежных вод животный мир менее разнообразен, однако здесь живет множество рыб и крупные млекопитающие - например, киты, дельфины, морские свиньи. Одни из них (усатые киты, гигантские акулы) питаются, фильтруя воду и заглатывая содержащийся в ней планктон. Другие (белые акулы, барракуды) охотятся на остальных рыб.
Жизнь в морских глубинах:
В холодных, темных водах океанских глубин животные- охотники способны обнаружить силуэты своих жертв при самом тусклом свете, едва проникающем сверху. Здесь у многих рыб по бокам есть серебристые чешуйки: они отражают любой свет и маскируют форму их владельцев. У некоторых рыб, плоских с боков, силуэт очень узкий, едва заметный. У многих рыб огромный рот, и они могут поедать добычу, превосходящую их размерами. Хаулиоды и рыбы- топорики плавают, разинув свою большую пасть и хватая по пути все, что только смогут.
Урок 2. Биомасса биосферы
Анализ зачетной работы и выставление оценок (5-7 мин).
Устное повторение и компьютерное тестирование (13 мин).
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.
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:
1. Сравните биомассу продуцентов и консументов на суше и в океане.
2. Как распределена биомасса в Мировом океане?
3. Охарактеризуйте биомассу суши.
4. 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:
1. Какой процент биомассы Земли от массы косного вещества биосферы?
2. Какой процент от биомассы Земли приходится на долю растений?
3. Какой процент от общей биомассы наземных организмов составляет биомасса растений?
4. Какой процент от общей биомассы водных организмов составляет биомасса растений?
5. Какой % солнечной энергии используется для фотосинтеза на суше?
6. Какой % солнечной энергии используется для фотосинтеза в океане?
7. Как называются организмы, населяющие толщу воды и переносимые морскими течениями?
8. Как называются организмы, населяющие грунт океана?
9. 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:
2. Составляет 60%.
3. Составляет 50%.
Тест 4 . Биомасса растений в океане по сравнению с биомассой водных гетеротрофов:
1. Преобладает и составляет 99,2%.
2. Составляет 60%.
3. Составляет 50%.
4. 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:
1. Активно передвигающимися в толще воды животными.
2. Организмами, населяющими толщу воды и переносимыми морскими течениями.
3. Организмами, живущими на грунте и в грунте.
4. Организмами, живущими на поверхностной пленке воды.
Тест 9 . Планктон океана представлен:
1. Активно передвигающимися в толще воды животными.
2. Организмами, населяющими толщу воды и переносимыми морскими течениями.
3. Организмами, живущими на грунте и в грунте.
4. Организмами, живущими на поверхностной пленке воды.
Тест 10 . От поверхности вглубь водоросли произрастают в следующем порядке:
1. Неглубоко бурые, глубже зеленые, глубже красные до - 200 м.
2. Неглубоко красные, глубже бурые, глубже зеленые до - 200 м.
3. Неглубоко зеленые, глубже красные, глубже бурые до - 200 м.
4. Неглубоко зеленые, глубже бурые, глубже красные - до 200 м.
Принцип кислородного и радиоуглеродного метода определения первичной продукции (скорости фотосинтеза). Задачи на определение, деструкции, валовой и чистой первичной продукции.
Какие обязательные условия должны быть на планете Земля для образования озонового слоя. Какие диапазоны УФ задерживает озоновый экран.
Какие формы экологических взаимоотношений отрицательно сказываются на видах.
Аменсализм- одна популяция отрицательно влияет на другую, но сама не испытывает ни отрицательного, ни положительного влияния. Типичный пример - высокие кроны деревьев, угнетающие рост низкорослых растений и мхов, за счет частичного перекрывания доступа солнечного света.
Аллелопатия - форма антибиоза, при которой организмы оказывают взаимно вредное влияние друг на друга, обусловленное их жизненными факторами (например, выделениями веществ). Встречается в основном у растений, мхов, грибов. При этом вредное влияние одного организма на другой не является необходимым для его жизнедеятельности и не приносит ему пользы.
Конкуренция - форма антибиоза, при которой два вида организмов являются биологическими врагами по своей сути (как правило, из-за общей кормовой базы или ограниченных возможностей для размножения). Например, между хищниками одного вида и одной популяции или разных видов, питающихся одной пищей и обитающих на одной территории. В этом случае вред, причиняемый одному организму приносит пользу другому, и наоборот.
Озон образуется, когда солнечное ультрафиолетовое излучение бомбардирует молекулы кислорода (О2 -> О3).
Образование озона из обычного двухатомного кислорода требует довольно большой энергии – почти 150 кДж на каждый моль.
Известно, что основная часть природного озона сосредоточена в стратосфере на высоте от 15 до 50 км над поверхностью Земли.
Фотолиз молекулярного кислорода происходит в стратосфере под воздействием ультрафиолетового излучения с длиной волны 175-200 нм и до 242 нм.
Реакции образования озона:
О2 + hν → 2О.
О2 + O → О3.
Радиоуглеродная модификация сводится к следующему. В пробу воды вносят изотоп углерода 14С в виде карбоната или гидрокарбоната натрия с известной радиоактивностью. После некоторой экспозиции склянок воду из них отфильтровывают через мембранный фильтр и определяют на фильтре радиоактивность клеток планктона.
Кислородный метод определения первичной продукции водоемов (скляночный метод) - основан на определении интенсивности фотосинтеза планктонных водорослей в склянках, установленных в водоеме на разной глубине, а также в естественных условиях - по разности содержания растворенного в воде кислорода в конце дня и в конце ночи.
Задачи на определение, деструкции, валовой и чистой первичной продукции.??????
Эвфотическая зона- верхний слой океана, освещенность которого достаточна для протекания процесса фотосинтеза. Нижняя граница фотической зоны проходит на глубине, которую достигает 1 % света с поверхности. Именно в фотической зоне обитает фитопланктон,а также радиолярии произрастают растения и обитает большинство водных животных. Чем ближе к полюсам Земли, тем меньше фотическая зона. Так, на экваторе, где солнечные лучи падают практически вертикально, глубина зоны составляет до 250 м, тогда как в Белом не превышает 25 м.
Величина КПД фотосинтеза зависит от многих внутренних и внешних условий. Для отдельных листьев, помещенных в специальные условия, величина КПД фотосинтеза может достигать 20%. Однако первичные синтетические процессы, протекающие в листе, вернее в хлоропластах, и конечный урожай разделяет вереница физиологических процессов, в которой теряется значительная часть накопленной энергии. Кроме того, эффективность усвоения световой энергии постоянно ограничивается уже упомянутыми факторами окружающей среды. В силу этих ограничений даже у самых совершенных сортов сельскохозяйственных растений в оптимальных условиях роста величина КПД фотосинтеза не превышает 6-7%.
Возможен только на земной поверхности и в верхней части моря, куда проникают солнечные лучи. Возможна ли геологическая деятельность организмов там, где нет света, в «вечном мраке»? Оказывается, возможна.
Уголь и нефть залегают местами на глубинах в сотни и тысячи метров. Они являются пищей для микроорганизмов, живущих в подземных водах. Поэтому везде, где в земной коре есть вода и органические вещества, энергично «работают» микроорганизмы. Хорошо известно, что невозможно без дыхания: организму необходим , с помощью которого органические вещества окисляются, превращаются в углекислый газ, воду и другие простые химические соединения. Выделяющуюся при этом энергию организмы используют для жизненных процессов.
Для того, чтобы питаться, микроорганизмам также необходим свободный кислород, который они частично поглощают из подземных вод, где этот газ находится в растворенном состоянии. Но кислорода в воде, как правило, не хватает, и тогда микроорганизмы начинают «отнимать» его у различных кислородных соединений. Напомним, что этот процесс в химии называется восстановлением. В природе он почти всегда обязан деятельности микроорганизмов, среди которых имеются живые существа различных «специальностей»: одни восстанавливают серу, другие - азот, третьи - железо и т. д.
Легче всего поддаются этому процессу сульфаты. В результате этой реакции в появляется сероводород. Восстанавливаются также соединения марганца, меди и других элементов. Окисляющийся углерод при этом обогащает воду углекислым газом. Так в результате деятельности микроорганизмов меняется химический состав подземных вод. Они теряют свободный кислород, расходуемый на окисление органических веществ, в них появляется много углекислого газа и других продуктов обмена веществ микроорганизмов - сероводорода, аммиака, метана.
Постепенно подземные воды приобретают высокую химическую активность и, в свою очередь, глубоко изменяют горные породы. Последние часто обесцвечиваются, их минералы разрушаются, возникают новые минералы. Таким путем могут образоваться новые горные породы, а местами и месторождения полезных ископаемых.
Нередко следы былой деятельности подземных вод и микроорганизмов отмечены появлением среди пород, окрашенных в красный цвет, сизых и зеленых пятен и полос. Это результат восстановления железа.
Общий эффект деятельности микроорганизмов колоссален. Известны случаи когда ими «съедены» целые нефтяные месторождения. Многие подземные воды, состав которых изменен деятельностью микроорганизмов, имеют важное лечебное значение. Там, где залегают подобные воды, строятся целебные водолечебницы, как, например, всемирно известная Мацеста на Черноморском побережье Кавказа.