Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Биологические процессы в океане и их взаимодействие с гидрологическими условиями
Населяющие планету растительные и животные организмы образуют биосферу - неоднородную по своему составу оболочку в литосфере, атмосфере и гидросфере Первые две оболочки Земли заселены лишь частично, а гидросфера является единственной оболочкой, заселенной от поверхности до океанских глубин. Вся совокупность организмов Мирового океана в зависимости от способа построения органического вещества подразделяется на три основные группы: растения (флора), животные (фауна) и бактерии. В зависимости от способа обитания все морские организмы делятся на планктон (и близкие к нему плейстон, нейстон и гипонейстон), нектон и бентос. Планктон - по-гречески означает " парящий", " носимый". В сообществе планктона объединяются одноклеточные водоросли (фитопланктон), различные мелкие животные (зоопланктон), икра и личинки рыб и беспозвоночных. Планктонные организмы не имеют органов для активного плавания, а парят в толще воды. Близкими к планктону являются сообщества, связанные с поверхностной пленкой океана: плейстон, нейстон и гипонейстон. К плейстону относятся полуводные формы, часть тела которых находится над поверхностью воды. Это достигается наполнением газом плавательных пузырей (например, сифонофоры). Нейстон - совокупность организмов, обитающих на самой поверхности (клопы-водомерки или халобатесы). Гипонейстон - разнообразное сообщество организмов, живущих в нескольких сантиметрах под поверхностью воды (оторвавшиеся от дна водоросли, личинки беспозвоночных, икра рыб). Нектон (по-гречески " плавающий" ) - группа активно плавающих животных (рыбы, китообразные, кальмары). Эти животные имеют рыбообразную форму. Наиболее распространено плавание с помощью хвоста и хвостовой части тела. Кальмары плавают реактивным способом, а ластоногие и черепахи - весельным. Бентос (по-гречески " глубинный" ) - обитатели дна. Сюда относятся прикрепляющиеся ко дну водоросли и животные (кораллы, губки и др.), а также ползающие по дну или закапывающиеся в морские отложения животные (черви, иглокожие. моллюски, ракообразные). Условия обитания в океане существенно зависят от глубины. Самой населенной областью дна является сублитораль - часть дна с глубинами до 200 м, где наиболее благоприятны условия существования (наличие света, обилие пищи и др.). С увеличением глубины число видов животных и их количество уменьшается. Соленость воды оказывает большое влияние на морские организмы. Для большинства морских и пресноводных животных пределом распространения является соленость от 5 до 3‰. Многие морские животные не способны переносить значительного опреснения, поэтому в морях с пониженной соленостью (Черное, Балтийское) морская фауна менее разнообразна, чем в морях с океанической соленостью (Японское, Баренцево и др.). Свет проникает до глубины 100-200 м и создает благоприятные условия для развития растений во всем этом слое. Кроме света значительное влияние на морских обитателей оказывает температура. Даже незначительные колебания температуры воды оказывают влияние на процессы обмена веществ у обитателей океана, большинство из которых являются холоднокровными. Однако благодаря тепловым свойствам воды амплитуда колебаний ее температуры незначительна по сравнению с воздушной средой. В тропических водах океана отмечается большое видовое разнообразие рыб и других животных. Так, если в морях Зондского архипелага число видов животных достигает 40 тысяч, то в море Лаптевых - только около 400. С глубиной различие в животном мире уменьшается, что связано с уменьшением температурных различий между отдельными частями Мирового океана. Большая по сравнению с воздухом плотность воды позволяет многим животным и растениям находиться во взвешенном состоянии в толще вод. На суше животным требуются крепкие конечности и мышцы, которые в состоянии выдержать тяжесть их тел. Это ограничивает размеры сухопутных животных (масса самого крупного обитателя суши - слона в 30 раз меньше массы синего кита). Морские животные тратят меньше энергии на преодоление силы тяжести, чем обитатели суши, но больше расходуют ее на перемещение в более плотной среде, хотя вода является легко проницаемой средой для движения. Наиболее специфической особенностью жизни на глубинах океана является давление. Однако глубоководные животные способны выдерживать громадное давление, так как их тела, состоящие в основном из жидкости, практически несжимаемы. Только в отношении одного фактора - содержания кислорода - морские животные находятся в менее благоприятных условиях, чем обитатели суши. Именно поэтому большая часть обитателей океана представляет собой холоднокровные формы, у которых процесс обмена веществ протекает менее интенсивно, чем у теплокровных, т.е. требуется меньше кислорода. На интенсивность жизни влияет перемешивание вод, в результате которого происходит подъем питательных веществ в поверхностные слои. Особенно интенсивно жизнь развивается в прибрежных районах и на отмелях. Большую роль в расселении организмов играют течения, которые переносят на большие расстояния животных, их икру и личинки, растения и их споры. Так, личинки некоторых беспозвоночных дрейфуют с водами Гольфстрима на 4-6 тыс. км. К районам с неблагоприятными условиями для развития жизни относятся области антициклонических круговоротов, где поверхностные воды опускаются на глубину, а слой фотосинтеза не пополняется питательными солями. Большое отрицательное влияние на флору и фауну океана оказывает возрастающий с каждым годом сброс промышленных и бытовых отходов. Некоторые из ядохимикатов, вымываемые с сельскохозяйственных полей, обладают большой стойкостью и постепенно накапливаются в донных отложениях. Пестициды даже в малых количествах способны вызывать гибель морских организмов. Ряд крупных рек выносит в океан огромное количество ртути и свинца. Содержание свинца в верхнем 100-метровом слое Атлантического океана увеличилось в 5-10 раз. Сброс отходов целлюлозно-бумажной промышленности и других сточных вод способствует уменьшению содержания кислорода и образованию сероводорода в глубоководных впадинах Балтийского моря. В моллюсках и рыбах, вылавливаемых в Северном и Балтийском морях, обнаружена ртуть, а в жире гренландских китов - ядохимикаты. Возрастает также сброс в океан и радиоактивных отходов, источниками которых является атомная промышленность. К радиоактивному загрязнению очень чувствительны позвоночные, поэтому дальнейшее увеличение радиоактивного загрязнения может оказать необратимое воздействие на рыбные запасы. Наиболее грозным фактором, влияющим на жизнь в Мировом океане, является нефтяное загрязнение. Особенно велико загрязнение нефтепродуктами Средиземного, Черного, Северного морей. Огромные массы нефти попадают в море при авариях танкеров, при этом нефтепродукты не смешиваются с водой, а образуют на ее поверхности пленку, переносимую течениями на большие расстояния. Эта пленка препятствует обогащению воды кислородом и нарушает фотосинтез. Под влиянием перемешивания и осаждения происходит проникновение нефтепродуктов в глубинные слои и донные отложения. Даже сравнительно небольшое загрязнение воды нефтью нарушает углеводный обмен у рыб, моллюсков и ракообразных. От нефти погибают колонии коралловых полипов, но особенно пагубно нефтяное загрязнение действует на икру рыб. Флора и фауна океана в свою очередь оказывают огромное влияние на многие физико-химические процессы, протекающие в океане. Так, обилие планктона уменьшает прозрачность воды, а его скопления на некоторой глубине образуют звукорассеивающие слои, влияющие на распространение звука. В процессе фотосинтеза микроскопические водоросли в океанах и морях разлагают углекислоту и усваивают углерод, а кислород выделяют в воду, тем самым способствуя ускорению процессов минерализации органических веществ. Морские организмы пропускают через свои тела огромное количество различных веществ и обладают исключительной способностью поглощать и концентрировать отдельные элементы, содержащиеся в воде в ничтожно малых количествах. Так, радиолярии концентрируют стронций, медузы - цинк, олово, свинец, а моллюски - медь. В переработке органических загрязняющих веществ важную роль играют бактерии; некоторые из них полностью разлагают нефть до углекислого газа и воды. В процессе питания морские организмы отфильтровывают взвеси и тем самым способствуют их осаждению. Так, например, мидии пропускают через полость своего тела до 1 л/час, а морские гребешки - до 15-20 л/час. Водоросли В океане меньше факторов, сдерживающих развитие растений, чем на суше. Кроме того, морские растения получают питательные вещества всей своей поверхностью и поэтому не нуждаются в корнях. По сравнению с сухопутной морская растительность отличается удивительным однообразием и представляет собой совокупность водорослей, а также морских трав, мангровых деревьев и кустарников. Наиболее распространены в океане водоросли, населяющие толщу воды от поверхности до нижней границы проникновения света. Водоросли различны по размерам - от микроскопических одноклеточных до гигантских бурых длиной несколько десятков метров. Все они содержат хлорофилл, но он часто бывает замаскирован другими пигментами, которые придают водорослям характерную окраску (желтую, бурую, красную), позволяющую использовать проникающий на глубину несколько десятков метров тусклый свет. Обычно представители одного класса имеют одинаковую пигментную окраску. Так, выделяют сине-зеленые, желто-зеленые, зеленые, бурые и красные водоросли. Желто-зеленые водоросли являются дрейфующими, а остальные, за исключением некоторых сине-зеленых водорослей, прикрепляются ко дну. Отношение массы растений к массе животных на суше и в океане различно. На суше растения по массе во много раз превышают массу животных организмов. В океане соотношение обратное, так как там главную массу растений составляют одноклеточные водоросли, образующие фитопланктон, который дает до 75% фотосинтетичесой продукции всей планеты. Среди фитопланктона самыми распространенными являются диатомеи (от греческого " разделенный пополам" ), имеющие размеры от нескольких сотых до нескольких десятых миллиметра. Их панцирь состоит из кремнезема и имеет мельчайшие отверстия для контакта с морской водой. Остатки панцирей погибших диатомей формируют диатомовые илы, покрывающие значительные площади дна океана в высоких широтах, так как диатомеи предпочитают более холодные воды. Существует несколько тысяч видов диатомей, на долю которых приходится 3/4 всего производимого ежегодно морскими растениями углерода. Диатомеи являются пищей мельчайших животных (радиолярий, ракообразных и т.п.). Другой разновидностью фитопланктона являются одноклеточные организмы динофлагелляты (перидинеи), которые способны передвигаться в воде с помощью двух жгутиков - флагелл. Они содержат хлорофилл и имеют светочувствительное пятно, помогающее им ориентироваться на свет. При бурном развитии динофлагеллят цвет моря резко меняется, приобретает красноватые оттенки. Иногда вода может принимать молочный оттенок, что связано с бурным развитием мельчайших кокколитофорид (" носители каменных зерен" ), а бурая одноклеточная водоросль феоцистис образует слизистые шаровидные колонии, придающие воде бурый цвет. Высшие водоросли (зеленые, бурые, красные) развиваются обычно в прибрежной зоне, где они могут закрепиться на скалистом грунте или рифах. Зеленые водоросли распространяются до глубины примерно 10 м. Бурые водоросли растут в основном на глубине около 20-40 м возле скалистых берегов, образуя в умеренных широтах густые подводные заросли. Среди бурых водорослей наиболее известны ламинарии, нереоцистис, фукусы, макроцистис, саргассумы. Самая длинная из водорослей - макроцистис - может достигать 80 м. Саргассумы являются дрейфующими водорослями. Их плавательные пузырьки напоминают мелкие плоды винограда. Красные водоросли встречаются на глубинах до 100-130 м. Они имеют в длину несколько метров и также могут образовывать подводные заросли. Крупное скопление красной водоросли филлофоры находилось в северо-западной части Черного моря (филлофорное поле Зернова). Сейчас оно полностью уничтожено. Во многих районах океана в закрытых бухтах произрастают цветковые растения. Типичным представителем морских трав является зостера, достигающая в длину несколько метров. В тропических заливах и эстуариях рек на мягких грунтах встречаются мангровые леса. Мангры имеют совершенно необычную корневую систему и создают непроходимую чащу. Водоросли дают пищу многим беспозвоночным и рыбам. Их питательная ценность сравнима с питательностью лучшего лугового сена. Крупные водоросли содержат 6-29% белка, 17-60% углеводов, много витаминов и минеральных солей. Бурые водоросли используются для получения пищевых продуктов, удобрений и корма для скота. Морские беспозвоночные Морская фауна насчитывает более 160 тысяч видов: простейшие, губки, кишечно-полостные, черви, моллюски, ракообразные, иглокожие, рыбы и млекопитающие. Самые мелкие животные входят в состав зоопланктона, а наиболее примитивными из них являются одноклеточные простейшие, тела которых часто бывают заключены в раковинку. Довольно обширным отрядом среди морских простейших являются фораминиферы. Их насчитывается более 1000 видов, и они обитают на всех широтах и на всех глубинах. Фораминиферы имеют известковые раковины, которые входят в состав отлагающегося на дне ила (глобигериновые илы). Обширную группу образуют лучевики, или радиолярии, имеющие сложное и разнообразное строение. Их скелеты состоят из кремнезема и также участвуют в формировании морских отложений (радиоляриевые илы). Самыми примитивными многоклеточными животными являются губки, ведущие неподвижный образ жизни. Их размеры колеблются от нескольких миллиметров до метра, а форма разнообразна. Многие губки ярко окрашены. В зависимости от скелета различают известковые, кремнистые или роговые губки. К кишечно-полостным относятся медузы, сифонофоры, гребневики, актинии, коралловые полипы. Медузы имеют форму зонтика со щупальцами по краям. Наиболее крупная из них - цианея арктическая - достигает 2 м в диаметре со щупальцами длиной до 30 м. Перемещаются медузы путем выталкивания воды из полости зонтика, а щупальца их густо усажены стрекательными клетками. В тропических водах обитает сифонофора физалия («португальский кораблик»), имеющая большой плавательный пузырь, поднимающийся над поверхностью воды, от которого вниз свешиваются длинные ядовитые щупальца. Перемещается физалия под действием ветра. В океане также обитают гребневики, имеющие студенистое и прозрачное тело округлой или мешковидной формы, внешне напоминающие медуз. Гребневики способны быстро размножаться и образовывать массовые скопления. Неподвижный образ жизни на дне ведут актинии или анемоны, имеющие форму приплюснутого цилиндра с одним или двумя венчиками щупальцев вокруг ротового отверстия. Однако самой обширной группой кишечно-полостных являются мадрепоровые кораллы с известковым скелетом (полипы колониальных форм имеют размеры до нескольких миллиметров). В тропических водах кораллы исключительно многообразны. Они составляют основу коралловых рифов. Дно океанов и морей заселено огромным количеством видов и особей разнообразных червей, которые служат основной пищей многочисленным донным животным и рыбам. Наибольшим разнообразием среди морских животных обладают моллюски. Спирально закрученную цельную раковину имеют брюхоногие моллюски. К крупным брюхоногим относятся улитка морское ушко, стромбус и тритониум, достигающие размеров более 20 см. Страшным вредителем устричных банок является рапана (из семейства пурпурных улиток). Широко распространены в океане двустворчатые моллюски, наиболее крупным представителем которых является гигантская тридакна, достигающая длины 1.4 м при массе до 200 кг. На прибрежных мелководьях живут многочисленные мидии и устрицы, прикрепляющиеся к камням и друг к другу, образуя целые гроздья. Крупные морские гребешки (до 20 см в поперечнике) имеют округлую раковину с радиальными или концентрическими ребрами и могут плавать, передвигаясь в воде короткими скачками при помощи открывания и захлопывания створок раковины. В тропических морях обитают жемчужницы, в раковинах которых могут образовываться жемчужины, состоящие из чередующихся слоев перламутра и имеющие разнообразный цвет. Почти все двустворчатые моллюски, за исключением крупных форм, служат пищей придонным рыбам и ракообразным. Некоторые моллюски приспособились к обитанию в ходах, проточенных в камнях (фолады) или в дереве (тередо). Они претерпели существенные изменения в строении тела и раковины. Так, длинное (до 25 см и более) голое тело тередо напоминает червя (отсюда и название " корабельный червь" ). Сверление дерева тередо проводит при помощи маленькой раковины, расположенной на переднем конце тела. В Черном море, например, обитает всего два вида тередо, но и они за 4 - 5 теплых месяцев могут превратить в труху деревянную сваю диаметром до 60 см. Самыми необычными и крупными из моллюсков являются головоногие, обитающие в морях с океанической соленостью и в океанах. Свое название они получили из-за того, что щупальца у них расположены на голове и венчиком окружают кривой роговой клюв. Передвигаются они реактивным способом. Головоногие - агрессивные хищники, удерживающие добычу щупальцами, снабженными присосками. К головоногим относятся обитающие в прибрежной полосе осьминоги, ведущие придонный образ жизни каракатицы и жители открытого океана кальмары. Среди последних встречаются гиганты до 18 м длиной и массой до 2-4 т. Они обитают на глубинах несколько сот метров и питаются крупными рыбами. Кальмары могут развивать скорость до 55 км/ч. Типичными водными животными являются ракообразные, на долю которых приходится 90 % по массе зоопланктона. Роль планктонных ракообразных в круговороте веществ в океане необычайно велика, так как в основном они питаются микроскопическими водорослями, а сами служат пищей для рыб и усатых китов. Некоторые ракообразные являются древоточцами и питаются древесиной. Наибольшее распространение среди ракообразных имеют веслоногие, служащие основной пищей многим промысловым рыбам. Крупнейшие ракообразные принадлежат к отряду десятиногих (декапод), которых по способу передвижения разделяются на плавающих (креветки) и ползающих (крабы, лангусты, омары). Среди крабов самый большой - камчатский, достигающий массы 5-7 кг и образующий многочисленные стада. Наиболее крупными десятиногими являются лангусты и омары. Лангусты вместо клешней имеют длинные, усеянные шипами усы, которые служат им для защиты от врагов и нападения на добычу. Омары имеют клешни и достигают массы до 10 кг и более при длине до 80 см. К наиболее высокоразвитым беспозвоночным относятся иглокожие. Они обитают в водоемах с океанической соленостью, большинство из них свободно передвигаются по дну (кроме морских лилий). Одна из наиболее древних форм иглокожих - морские звезды, являющиеся активными хищниками. Их пищу составляют главным образом двустворчатые моллюски. Наиболее крупные из морских звезд достигают до 1 м в диаметре и массы до 4, 5 кг. Морские ежи имеют почти шарообразную форму. Их тело заключено в состоящий из пластин с отверстиями панцирь, поверхность которого покрыта иглами разнообразной длины (до 30 см), служащими для защиты, а иногда и для движения. Представители класса офиур, или змеехвосток, имеют внешнее сходство с морскими звездами, однако их подвижные членистые лучи резко обособлены от диска и напоминают хвосты змей. У некоторых иглокожих тело напоминает старинную кубышку или свежий огурец, поэтому они и называются морскими огурцами или голотуриями. Их длина колеблется от 10 до 30 и даже 40 см. Одним из самых неожиданных явилось открытие советскими учеными морских животных погонофор (до 100 видов), не имеющих кишечника. Всю жизнь погонофоры проводят на дне океана внутри защитной трубки (на глубинах более 1-2 км). Они имеют длину от нескольких сантиметров до метра и напоминают многощетинковых червей. Рыбы Рыбы являются дышащими жабрами водными позвоночными с непостоянной температурой. Основную роль в движении рыб играют волнообразные изгибания тела, которое имеет разнообразную форму - от лентовидной (ремень-рыба) и змеевидной (угорь) до шаровидной (кузовок) и сильно уплощенной (скат). По размерам рыбы также разнообразны. Самая маленькая рыба - филиппинский бычок около 1 см, а самая крупная - китовая акула до 15 м и более. Большинство рыб откладывает икру, однако есть и живородящие (акулы). Плодовитость рыб колеблется от нескольких икринок до десятков и сотен миллионов (луна-рыба). Рыбы имеют своеобразный орган чувств - систему боковой линии, которая состоит из ряда чувствующих кожных органов в особых каналах. Эти органы позволяют улавливать распространяющиеся в воде колебания от движущихся животных. Защитой от врагов многим рыбам служит разнообразная покровительственная окраска и острые шипы плавниковых лучей, которые у скорпеновых рыб ядовиты. Некоторые рыбы (электрические скаты) имеют электрические органы, состоящие из преобразованных частей мышц и построенные по принципу вольтова столба (напряжение при разряде составляет от 8 до 220 вольт). Различают следующие классы рыб: круглоротые (рыбообразные), хрящевые и костные. К круглоротым или бесчелюстным относятся миксины и миноги, имеющие угреобразное голое тело. Их рот представляет собой присасывательную воронку с роговыми зубами и мощным языком. Миксины по форме похожи на больших червей ( до 48 см), длина миног достигает 90-100 см, а масса - 3 кг. Эти хищники нападают на мелких рыб. Хрящевые и костные рыбы относятся к челюстноротым. Хрящевые (около 600 видов) имеют хрящевой скелет и не имеют плавательного пузыря. К ним относятся акулы и скаты. Акулы обычно обладают удлиненным торпедообразным телом и мощным зубным аппаратом. Большинство из них питается рыбой. Из 250 видов акул 58 опасны для человека, особенно в тропических водах вблизи побережья. Скаты отличаются от акул тем, что их туловище сильно уплощено, а жаберные отверстия расположены на брюшной стороне тела. Размеры скатов колеблются от нескольких сантиметров до 6-7 м, а масса достигает 2 т (гигантский морской дьявол или манта). Большая часть скатов ведет донный образ жизни. В отличие от хрящевых рыб, в скелете костных рыб имеется костная ткань, в верхней части полости тела расположен плавательный пузырь (гидростатический орган, использующийся как резонатор), жаберная полость прикрыта жаберной крышкой, а тело - костной чешуей. Костные рыбы - наиболее процветающая группа позвоночных животных. Свыше 95 % рыб составляют лучеперые, а наиболее древними из них являются осетровые, которые обитают в основном в Черном, Азовском и Каспийском морях, поднимаясь для икрометания в реки. В умеренных водах северного полушария широко распространены сельдевые рыбы, имеющие длину 35-45 см. Много общего с сельдевыми по внешнему виду имеют анчоусовые, однако у них более широкое ротовое отверстие и большие глаза. Наибольшей численности достигает перуанский анчоус (длина 14-15 см) - самая массовая рыба из всех обитающих в Мировом океане. К анчоусовым относится хамса, служащая основной пищей для других рыб, дельфинов и морских птиц. К рыбам умеренных широт относятся также ставрида и скумбрия. В северной части Тихого океана обитают лососевые (кета, горбуша и др.), которые мечут икру лишь один раз в жизни в реках, где родились, после чего погибают. Весьма интересными рыбами являются угри, изгибающие тело при плавании, как змеи. Этот способ плавания экономичен, хотя и не позволяет достичь больших скоростей. В придонных слоях умеренной зоны океана обитают трескообразные (треска, навага, пикша и др.). Наиболее крупные экземпляры норвежско-баренцевоморской трески достигают длины 150 см и массы до 40 кг. В водах Антарктики на глубинах несколько сот метров распространена нототения. В теплых водах океана часто встречаются сарганообразные, имеющие удлиненное тело. К ним относятся и летучие рыбы, область распространения которых ограничена изотермой 20°С. Способность к полету у этих рыб развилась в борьбе за существование. Находясь в воде, летучая рыба развивает скорость до 65 км/ч, а затем отрывается от воды и, раскрыв брюшные плавники, планирует над поверхностью в течение нескольких секунд, преодолевая расстояние до 200-400 м. Быстро плавают в океане тунцы, развивающие скорость до 90 км/ч. Они обитают в тропических и умеренных водах. Наиболее крупные синие тунцы могут достигать в длину 3 м и весить более 350 кг. " Чемпионом" по скорости среди рыб считают меч-рыбу, получившую название благодаря сильно удлиненной и утолщенной верхней челюсти, которая имеет форму заостренного меча и составляет до трети всей рыбы. Торпедообразное тело меч-рыбы лишено чешуи и позволяет ей достигать cкорости до 130 км/ч. Свой меч рыба использует для добывания пищи. Наиболее крупные экземпляры этого вида достигают длины более 4 м и массы более 500 кг. Встречается меч-рыба в тропических и субтропических водах океана. Крупные рыбы входят в семейство парусниковых или копьерылых, которые встречаются в теплых водах и характеризуются мощным удлиненным телом и копьевидно заостренной и удлиненной верхней челюстью. Парусниковые принадлежат к активным хищникам, развивающим скорость более 100 км/ч. Их " копье" сильно уменьшает лобовое сопротивление воды. Наиболее крупными из этих рыб являются марлины (длина более 5 м, а масса до 900 кг). Несколько десятилетий назад в водах Коморских островов были обнаружены кистеперые рыбы - латимерии, достигающие длины более 1, 3 м и массы до 95 кг. Эти рыбы считались вымершими примерно 70-80 млн.лет назад. Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-10; Просмотров: 1536; Нарушение авторского права страницы