Морская и континентальная подсистема биосферы.

В океанических просторах по глубинам и морфологии дна выделяются площади шельфа - морского дна, континентального склона и самого океанического ложа.

По разделению условий глубинности жизнеобитания шельф отвечает литоральной, склон - батиальной, ложе - абиссальной зонам.

В связи с подобным районированием океанических областей, для самого Мирового океана характерным является значительное различие экологических условий жизнеобитания. Биоцикл океана и моря распадается на два биохора (пространства, занятых группами схожих биотопов): донную - бентальную область (бентос) и пелагиальную область открытого моря - пелагиаль.

Собственно морские биоценозы делятся на бенталь и пелагиаль.

Выделяются пассивно плавающие животные и растения - планктон (зоо- и фито -) и активно плавающие - нектон. Пелагель делится на неритическую - прибрежную и океаническую части.

Лишь в биоразнообразии биосфера океана уступает наземной. Особенно большое разнообразие биотопов связано с огромной массой крупной наземной растительности, а от этого зависит существование массы экологических ниш. Фантастически разнообразен класс насекомых (1,5 млн видов). Наоборот, пищевые цепи океана, особенно пелагиали, базируются на мельчайших одноклеточных водорослях фитопланктона и сравнительно однотипны. Благодаря подвижности биотопа (воды) число экологических ниш не может быть большим, откуда и снижение биоразнообразия. Исключение - пограничные области (вода-дно, вода-суша). Но биоразнообразие суши частично определено океанами, как непреодолимыми преградами, изолирующими фации и флоры островов и материков.

Структура экосистем океана имеет принципиальное отличие от экосистем суши. Биокосное вещество на суше - тонкий слой почв. В океане - это вся толща вод.

Только почве и воде – присущи свойства, которые обеспечивают процессы продуцирования. На суше это 1 м, в океане 4000 м. В океане плодородие верхнего продуцирующего слоя (30-150 м) обеспечивается вертикальным перемешиванием за счет запасов глубинных вод, в почвах общий запас биогенных веществ лишь немного превышает их годовой расход или равен ему.

Основная особенность общества пелагиали - создаваемое фитопланктоном первичное органическое вещество продуцируется в слое до 100-150 м. Животное население только этого тонкого слоя постоянно обитает вместе с растительным эргоценом. Население остальной громады вод живет за счет органического вещества продуцируемого в поверхностной зоне. Характерна разобщенность глубин первичного продуцирования органического вещества и значительной части его потребления. Эта разобщенность и определяет основу процессов трансформации вещества и циклов отдельных элементов в толще вод океана.

Таким образом, если на суше оставшиеся массы консументов и редуцентов обитают совместно с продуцентами, то в океане основная масса консументов отделена от продуцентов и основное направление эволюции преследует выработку приспособлений к возможно более полному использованию органики, идущей сверху.

Может быть, в этом одна из причин сравнительно низкого видового разнообразия океана. Около 0,1% величины первичной продукции захоранивается в осадках и выходит надолго из глобального круговорота.

Захоронение углерода в океане происходит под действием "биологического насоса ":

1.Переход минерально растворенного углерода в виде СО₂-ионов в минерально нерастворимые СаСО₃ (менее MgCO₃), идет главным образом в водах океана тропических областей. А на глубине свыше 4000 м происходит полное растворение этих минералов (лизоклин).

2. Еще более важным является включение СО₂ во вновь образуемые в результате фотосинтеза органические вещества.

 

Фото- и хемосинтез.

Фотосинтез. Основой жизнеобеспечения на Земле является, главным образом, фотосинтез. Он представляет собой "изумительно совершенный" механизм преобразования световой энергии в сахара (углеводы), которые являются основой питания всех живых организмов. Под воздействием энергии коротковолновой части солнечных лучей хлорофилл – сложное соединение С, Н, Mg и N - адсорбирует и разлагает молекулы воды. При этом водород, соединяясь с углеродом и другими химическими элементами, образует углеводы, а кислород выделяется в атмосферу. В синтезе участвуют и небольшие количества минеральных веществ почвы. Этот процесс значительно совершеннее, чем технологии любого современного промышленного производства. Поэтому все происходит без отходов и загрязнений. Последующие процессы биосинтеза приводят к образованию протеинов и липидов.

Процессу фотосинтеза противоположен идущий одновременно процесс дыхания: выделение углекислого газа и образование в качестве конечных продуктов воды и полезной энергии. Таким образом, вода и углерод - вещества, связанные в начале процесса фотосинтеза, в конце его высвобождаются, а кислород, выделившийся прежде, теперь вновь адсорбируется.

От правильности функционирования этих двух механизмов - круговорота кислорода, вкупе с меньшими по объемам круговоротами азота, серы и фосфора,- зависит на Земле вся дыхательная жизнь растений и животных.

Природа действует экономно.

6 СО₂ + 6 Н₂О

днем ночью

(солнечная (теплоотдача

энергия) энергии)

С₂Н₁₂О₆ + 6 О₂

(глюкоза)

Также растительный покров расходует и водные ресурсы. Продуктивность транспирации (отношение прироста веса сухой массы растений к расходу воды на транспирацию за определенный промежуток времени) обычно составляет от 1/200 до 1/1000. Это и естественно, поскольку транспирация представляет собой механизм замедленного, но равномерного тока привноса вещества путем диффузии в виде интенсивно разбавленных растворов.

Орган ассимиляции фотосинтезирующего растения - лист - представляет собой футляр из плотной катикулярной ткани, пронизанной массой мелких отверстий - устьиц, которые открываются и закрываются. В футляре находится большая поверхность хлоропластов, содержащих зерна хлорофилла. Для процесса фотосинтеза с ассимиляцией углекислоты необходима влажная растворяющая среда. Диффузия углекислоты сопровождается обратной диффузией водяного пара. Поэтому растения обычно и используют небольшую часть возможного диффузионного притока углекислоты. При усвоении 1 г углекислоты растение в среднем теряет путем транспирации около 360 г воды.

Передача энергии от первичной биологической продукции к более высоким уровням экологической пирамиды сопровождается ее потерями. Отношение биомассы организмов к количеству потребляемого ими органического вещества обычно не превышает 10-20%. В природных системах с одного трофического уровня на другой, более высокий переходит в среднем не более 10%.

В обычных условиях энергия фотосинтеза медленно отдается в атмосферу, практически почти не влияя на метеорологические процессы. Но это весьма заметно при крупных пожарах, когда энергия фотосинтеза быстро превращается в тепло и метеорологические условия быстро меняются.

Хемогенез. Свыше 110 лет назад русский микробиолог С.Н. Виноградский открыл хемосинтез - образование некоторыми бактериями органических веществ из двуокиси углерода за счет энергии, получаемой путем окисления восстановленных неорганических соединений. Как известно, обычно за единственный процесс формирования органических веществ считался фотосинтез, идущий с использованием солнечной энергии. Исследования дна океана за последние десятилетия позволили выделить в многочисленных зонах спрединга и субдукции литосферных плит, зонах теплового разложения газогидратов и т.п. множество участков, населенных специфическими сообществами донных организмов, существующих на основе хемосинтеза.

Следовательно, все население Мирового океана по происхождению делится на фотобиоз и хемобиоз. Сообщества хемобиоза всегда крайне ограничены по площади. Но биомасса здесь вместо обычных граммов достигает 40-60 кг/м². Уже описано более 15 новых семейств и более 160 новых видов организмов.

Л.Лобье предполагает наличие на дне моря подповерхностных полостей, где могут быть обнаружены новые для науки живые организмы.

Близится к завершению еще один грандиозный проект, предпринятый более четверти века назад. Обсуждается вопрос о завершающей стадии бурения мощной толщи льда в районе антарктической станции "Восток", где вероятно существование подледного озера. К зиме 1996 г. глубина скважины достигла 3350 м и вскрыла льды возраста около 420 тыс. лет. Керн этой скважины содержит данные об истории глобальных изменений климата Земли на протяжении последних четырех ледниково-межледниковых циклов.

Мощность ледникового покрова здесь равна 3700-4200 м. В 1970-х гг. с помощью радиозондирования здесь выявлены крупные скопления подледных вод.

Это совершенно новое для нас природное явление, которое является географическим открытием мирового значения.