1001 вопрос об океане и 1001 ответ

Экология

Совет по качеству окружающей среды определяет экологию как науку о сложных взаимосвязях живых организмов и их сообществ с окружающей их живой и неживой средой.

Не давая строгого определения, поясним это понятие на примерах: экосистемами являются озера, эстуарии, леса. В экосистемах живые и неживые природные компоненты взаимосвязаны и выступают в качестве единого целого.

Биомы — это более крупные экосистемы или их совокупности, существующие в близких климатических условиях и имеющие сходный характер растительности. Примерами биом являются арктическая тундра, прерии, Саргассово море.

В биосферу входят поверхностный слой Земли, окружающие ее воздушная и водная оболочки, необходимые для существования жизни, а также все живое на Земле.

Зимой, во время штормов, поверхностный слой океана интенсивно перемешивается, в результате чего к поверхности из глубинных слоев поступают питательные вещества. С наступлением весны благодаря обилию питательных веществ стремительно размножаются диатомеи, служащие пищей для зоопланктона. Летом поверхностный слой прогрет, и питательные вещества не могут в него поступать, поэтому фитопланктон расходуется быстрее, чем воспроизводится. Осенью снова наблюдается расцвет планктона, так как в процессе штормового перемешивания питательные вещества, накопившиеся за лето в результате отмирания растений и животных, снова попадают в поверхностный слой океана.

Температура в океане изменяется не так быстро, как в пресноводных бассейнах, и диапазон ее изменений относительно невелик. Поэтому морские рыбы мало приспособлены к резким изменениям температуры. Некоторые рыбы зимой мигрируют на юг, другие уходят на глубину, где сезонные колебания температуры малы. Есть рыбы, которые становятся малоподвижными или зарываются в ил.

Примером такого барьера служит район мыса Код. Южнее мыса температура воды на 5,5 °C теплее, чем к северу от него. Многие виды рыб водятся только к северу от мыса или только южнее его. Даже те виды, которые обитают и там, и здесь, нерестятся только в каком-нибудь одном месте.

В холодных арктических водах животный мир не столь разнообразен по количеству видов, как в теплых районах океана, но зато сами животные там крупнее и каждый вид представлен большим количеством экземпляров. В холодной воде лучше растворяются кислород и углекислый газ, кроме того, в арктических районах больше питательных веществ, необходимых для роста фитопланктона — первого звена пищевой цепи в океане.

Эти рыбы лучше приспособлены к колебаниям температуры, чем океанские, но хуже, чем пресноводные. Многие виды рыб не выносят температуры воды выше 32 °C (такая температура бывает в жаркие летние дни в низких широтах). Даже небольшое потепление воды, вызванное сбросом промышленных вод или вод, охлаждающих ядерный реактор, может оказаться для них гибельным.

Результаты недавних экспериментов, проведенных в США и Канаде, показали, что повышение температуры способствует более быстрому росту омаров. Например при температуре воды 13 °C четыре личиночные стадии обычно завершаются за 30 суток, при 17° — за 20 суток и при 21° — за 10 суток. Кроме того, при более высокой температуре личинки лучше выживают. При высокой температуре наблюдается также более быстрый рост в стадии молоди и в период полового созревания. Однако окончательные выводы о том, какая температура наиболее благоприятна для роста омаров, сделать не удалось.

Улов омаров у побережья штата Мэн упал с 11 тыс. т в 1957 г. до 9 тыс. т в 1966 г. За это время средняя годовая температура воды понизилась с 9 до 7 °C.

Многие пресноводные животные не могут переходить из речной воды в солоноватые воды эстуария, однако некоторые из них, например улитка пресноводная, свободно переходят из реки в эстуарий. К широкому диапазону солености приспособились устрицы, крабы и креветки. У двустворчатых моллюсков диапазон солености узок, а морские звезды вообще не переносят пребывания в воде соленостью менее 15 ^о/_оо.

Одна причина — недостаток пищи; но даже если бы пищи было достаточно, все равно остается важный ограничивающий фактор — недостаток растворенного в воде кислорода.

Растворенный кислород имеет важнейшее значение для обмена веществ. Помимо этого, он, участвует в процессах образования и растворения углекислого кальция и необходим для разложения органических веществ.

В поверхностном слое кислород поглощается из воздуха. В слое от поверхности до глубины проникновения света кислород вырабатывается в результате фотосинтеза, осуществляемого растениями. Вследствие перемешивания поверхностной воды и конвекции богатая кислородом поверхностная вода попадает на большие глубины.

В Черное море впадает несколько крупных рек, в результате чего поверхностный слой имеет малую соленость. Так как эти поверхностные воды значительно легче нижележащих вод, то в море почти отсутствует вертикальная циркуляция. Поэтому кислород не попадает из верхнего слоя в придонные воды. При отсутствии кислорода серопотребляющие бактерии образуют из содержащихся в воде сульфатов сероводород.

Сероводород смертелен для большинства организмов, кроме того, он вызывает сильную коррозию многих материалов. Почернение свинцовых белил — хорошо известное явление для сильно загрязненных эстуариев.

В общем, рыбы могут жить при величине рН от 5 до 9 (см. № 459). Однако изменения в кислотности могут повысить токсичность некоторых распространенных загрязнителей. Можно ожидать гибели рыбы при рН меньше 5,0, хотя некоторые виды приспосабливаются к такой низкой величине рН, как 3.7.

Джордж Л. Кларк из Вудс-Холского океанографического института предположил, что животные мигрируют по вертикали в поисках определенной интенсивности света. Некоторые беспозвоночные поднимаются ночью для того, чтобы питаться растениями, а за ними следуют рыбы и головоногие, питающиеся, в свою очередь, этими беспозвоночными. Некоторые животные поднимаются к поверхности с 400-метровой глубины.

Нет, для большинства морских организмов пресноводное озеро Гатун в центральной части канала служит непреодолимым препятствием. Если через Панамский перешеек будет проложен новый канал, расположенный на уровне моря, то рыбы и другие организмы смогут свободно перемещаться из Атлантического океана в Тихий и обратно.

Экологи озабочены тем, как скажутся на популяциях рыб изменения условий окружающей среды или появление новых хищников. Прилегающие к каналу воды Тихого океана холоднее, чем воды Атлантического, кроме того, на тихоокеанском берегу выше амплитуда приливных колебаний уровня. Поток более холодной воды из Тихого океана в Атлантический может изменить его характеристики. По обе стороны перешейка имеется целый ряд родственных видов, которые были разделены сушей в течение 80 млн. лет. Если эти виды вновь свести вместе, они могут дать смешанное потомство и образовать гибридную популяцию, а могут остаться порознь.

Некоторые виды, возможно исчезнут, популяции других, наоборот, могут увеличиться.

У Тихоокеанского побережья Центральной Америки обитают морские змеи, родственные кобрам и столь же опасные. Если морские змеи будут попадать в Карибское море в больших количествах, они могут нарушить экологическое равновесие, а также ослабить приток туристов.

675. Мигрируют ли животные через Суэцкий канал?

Миграции происходили главным образом из Красного моря в Средиземное, в обратном направлении мигрировало лишь несколько видов. За столетие существования канала успешно переселилось 4 растительных и 126 животных видов. Около 25 видов рыб Красного моря переместились в Средиземное, два из них составляют основной объект рыбного промысла r Израиле. Из других животных, имеющих важное экономическое значение, в Средиземное море переселились также креветки и крабы.

Для развития растений важны медь, цинк, молибден и кобальт. Есть свидетельства в пользу того, что недостаток железа задерживает рост растений.

Многие организмы, например устрицы и ракообразные, накапливают медь. Есть элементы, которые не содержатся в морской воде, но присутствуют в морских организмах. В организмах оболочников и голотурий найден ванадий, в телах моллюсков — никель, омаров и мидий — кобальт. В бурых водорослях накапливаются йод и бром. В последние годы возникло сильное беспокойство по поводу концентрации в организмах, используемых в пищу, радиоактивных элементов и ртути.

Почти все растворенные в воде соли используются морскими организмами для питания, хотя и в разной степени. В районах повышенной биологической активности концентрация таких веществ, как фосфаты и азотистые соединения, может стать ниже нормы. Разложение растений и животных также вызывает локальные изменения химического состава воды.

Необходимый для фотосинтеза углекислый газ образуется при дыхании животных, а также попадает в воду непосредственно из атмосферы.

680. Достаточно ли в океане химических питательных веществ? Такие элементы, как калий, кальций и магний, всегда содержатся в воде в количествах, значительно превышающих потребность морских растений. Что касается азота, фосфора и кремния, то содержание этих элементов не всегда избыточно, и в условиях, благоприятных для фотосинтеза, растения могут истощить их запасы.,

В сельском хозяйстве для поддержания высокой урожайности необходимый растениям запас питательных веществ пополняется введением искусственных удобрений. В океане он возобновляется за счет естественных процессов, таких как деятельность микробов и сток вод суши, приносящих с собой сельскохозяйственные удобрения и канализационные отходы. Другим источником питательных веществ служат продукты разложения отмерших морских животных и растений.

Благодаря фотосинтезу фитопланктон превращает силикаты, нитраты и фосфаты в первичную пищевую продукцию, потребляемую зоопланктоном. Это первое звено пищевой цепи.

Это химическая реакция, в результате которой живые растительные клетки с помощью хлорофилла и при наличии света создают простые сахара и крахмалы из углекислого газа и воды. В процессе фотосинтеза растение потребляет из воды углекислый газ и выделяет кислород. Фотосинтез, осуществляемый водными растениями, в том числе водорослями, служит важным источником кислорода в воде.

В пищевую цепь входят все морские растения и животные, а также химические элементы, содержащиеся в морской воде. Мельчайшие растительные организмы, плавающие вблизи поверхности, используют солнечную энергию для синтеза органического вещества из растворенных в воде химических питательных веществ. Зоопланктон поедает фитопланктон и в свою очередь служит пищей для более крупных животных. Например, копеподы — ракообразные размером в рисовое зернышко — питаются мельчайшими плавающими в воде водорослями. Сами копеподы служат пищей для сельди, а сельдь — пищей для более крупных рыб и человека. В океане существуют три основные пищевые цепи: цепь хищников, цепь паразитов и цепь сапрофитов.

Начальный уровень цепи хищников — растения; за ними идут травоядные, за которыми следуют плотоядные. Каждый такой уровень организмов одинакового размера называется трофическим уровнем.

В цепи паразитов каждый последующий уровень состоит из организмов, которые по размерам меньше, чем организмы предыдущего уровня, так как первые существуют за счет последних.

Сапрофиты питаются мертвыми организмами. Растения и животные, умирая, служат пищей для трупоедов или разлагаются при участии бактерий. Химические вещества, образующиеся при разложении, снова потребляются растениями — так замыкается пищевой цикл.

Для производства 1 кг сельди нужно 10 кг зоопланктона, для которого, в свою очередь, необходимо 100 кг фитопланктона. Более крупным и ценным породам рыб, занимающих более высокое место в пищевой цепи, таким как лосось, требуется для прироста веса в 1 кг уже 1000 кг фитопланктона.

Этого можно было бы достигнуть, собирая планктон. Однако рыбы используют планктон гораздо эффективнее, чем это могут сделать люди, так что выгоднее ловить сельдь и анчоусов, питающихся планктоном. Синие киты питаются почти исключительно крилем — мелкими креветками, широко распространенными в полярных районах. После того как добыча китов сократилась, русские начали собирать криль и перерабатывать его в продукт питания для человека.

Это органические частицы, выделяемые растениями и животными в результате обмена веществ. К метаболитам относятся и продукты разложения мертвых организмов. Они прилипают к пузырькам воздуха, их можно наблюдать в качестве тонкой коричневой пленки на морской поверхности. Когда пузырьки воздуха лопаются и частицы тонут, их поедает зоопланктон. Они могут поглощаться и растениями.

Миграция многих видов рыб ограничивается приемлемым для них диапазоном температуры и солености, а также наличием пищи. Некоторые виды рыб приспособлены исключительно к жизни на дне, другие настолько чувствительны к изменению давления, что могут жить только в определенном интервале глубин.

Даже максимальное давление в 1000 атм не страшно рыбе, так как оно уравновешивается точно таким же давлением в ее тканях. В то же время резкие изменения давления могут оказаться для рыб смертельными. У быстро поднятых на поверхность глубоководных рыб плавательный пузырь иногда раздувается так, что выпирает изо рта.

Некоторые камбалы изменяют свою окраску, сжимая и расширяя пигментные клетки, чтобы принять цвет дна, на котором они живут. Для этого они должны видеть дно: слепые рыбы не могут изменять свою окраску.

Треска за нерест выметывает 5 млн. икринок. Если бы все они выживали, то уже через 6 лет весь бассейн Атлантики был бы сплошь заполнен треской. Самка макрели выметывает 0,5 млн. икринок, но через 62 дня их остается только 20, а через 85 дней — только 2 икринки.

Это физические факторы — температура, течения, характеристики дна и освещенность — и химические — соленость, содержание кислорода и наличие питательных веществ.

Годовой ход освещенности влияет на суточный цикл поведения рыб, созревание половых продуктов и на метаболические процессы. Проникающий сверху свет позволяет рыбам ориентироваться, отыскивать пищу и избегать хищников. Кроме того, свет необходим для развития растений, которые служат пищей для рыб.

Температура воды влияет на нерест и миграции рыб. Для каждого вида рыб и для каждой стадии их развития — взрослых особей, молоди и икринок — существует определенный диапазон температур. Изменения температуры могут оказаться губительными и для взрослых рыб, и для молоди.

До второй мировой войны лов сардины у Калифорнии был крупнейшим рыбным промыслом в США. К 1951 г. улов сардины упал с 500 тыс. до 3 тыс. т в год. В течение этих лет отмечалось понижение температуры воды. В 1957-58 г. температура прибрежных вод повысилась на 2–4°, и сразу же возросла добыча сардины.

Северная и южная границы ареала распространения различных видов тунцов ограничены определенными изотермами, а сезонные миграции тунцов связаны с сезонными изменениями температуры воды. 90% улова синеперого тунца в южной части Калифорнийского залива составляет рыба, пойманная в летние месяцы, начиная с конца мая, когда температура воды достигает 17–21 °C. Сезонное появление полосатого тунца вблизи Гавайских островов связано с пространственно-временной изменчивостью Калифорнийского течения. Для поиска тунцов рыбаки пользуются картами температуры поверхностных вод, получаемыми по фототелеграфу. Ученые из Национального управления морского рыбного хозяйства в г. Ла-Холья (штат Калифорния) проанализировали записи рыбаков о 2000 постановок кошельковых неводов на синеперого тунца. Оказалось, что в диапазоне температур 15–18 °C тунцов было выловлено на 36% больше, чем в диапазоне температур 21–24 °C.

Анчоус, благодаря которому Перу занимает одно из первых мест в мире по улову рыбы, весьма чувствителен к температуре воды. Он хорошо себя чувствует в холодном (14–18 °C) постоянно обновляемом глубинными водами Перуанском течении. Анчоус мигрирует по вертикали и горизонтали вслед за перемещением водных масс с этой температурой. В некоторые годы вместо холодных течений появляются теплые, и тогда уловы анчоуса резко падают.

Когда рыбакам известны сезонные и короткопериодные изменения преобладающих направлений ветра, они могут определить, где лучше вести лов. Например, в Баренцевом море треска хорошо ловится при юго-западных ветрах, нагоняющих в район промысла относительно теплую воду, вместе с которой перемещается треска. При юго-восточных ветрах уловы трески малы, так как эти ветры способствуют притоку в Баренцево море более холодной воды.

Понимание экологии — необходимое условие сохранения популяций, способных обеспечивать из года в год максимальный улов. Изучение жизни морских животных, их реакций на изменения условий среды может стать основой для разработки рациональных методов добычи мало используемых сейчас рыб.

Районы, где море имеет классический синий цвет, почти полностью безжизненны. В тропиках водные массы обладают значительной вертикальной устойчивостью, и химические питательные вещества беспрепятственно опускаются ниже уровня проникновения света. Поэтому фотосинтез здесь происходит медленно, несмотря на то что солнечный свет проникает в чистой воде на большую глубину. Типичный пример океанской пустыни — Саргассово море.

В СССР был успешно переселен из дальневосточных морей, в северные моря Европейской территории розовый лосось. Другие примеры — переселение атлантических устриц в Нантакет (Мартас-Виньярд) и японских раковин-жемчужниц — в северо-западную часть Тихого океана. Однако наряду с этими успешными попытками было и много неудачных.

Переселенные организмы могут серьезно нарушить экологическое равновесие и нанести ущерб традиционному местному промыслу. Хищные. японские моллюски, занесенные в 1949 г. в Черное море, практически уничтожили популяции мидии и, по-видимому, вызвали резкое сокращение промысла камбалы. Массовое непреднамеренное переселение организмов из Атлантического океана в Тихий и обратно может произойти после создания проектируемого в Центральной Америке канала, проходящего на уровне моря.

Взрослая минога — паразит. Внешне она похожа на угря, а в длину достигает почти 40 см. Морская минога паразитирует на рыбах. Присасываясь к телу жертвы своим круглым ртом и впиваясь в него острыми зубами, минога плавает с нею, питаясь ее соками. Морские миноги паразитировали на рыбах в озере Онтарио в течение многих столетий, а после углубления Велландского канала в 1913–1918 гг., по-видимому, получили доступ к другим Великим озерам. К 1956 г. они фактически привели к прекращению промысла форели в озерах Мичиган и Гурон. В 1958 г. ученым удалось найти весьма эффективное химическое средство борьбы с молодью миноги, которая; до того как достигнет половой зрелости и начнет вести паразитический образ жизни, обитает во впадающих в озеро реках. К 1969 г. мероприятия по борьбе с молодью миноги в озерах Верхнее и Мичиган привели к сокращению популяций миног на 80–90%.