Вода как среда обитания

Морская вода и видовой состав планктона. Химические свойства морской воды имеют существенное значение как для качественного, так и количественного развития планктона. Химический состав и соотношение основных солей, определяющих соленость океанов, как видно из приведенной ниже таблицы, отличается большим постоянством.

Средняя соленость океана принимается обычно равной 35 г солей на один литр воды. В зависимости от осадков, стока пресной воды с суши и испарения, соленость океанов может колебаться примерно от 37 до 38% в субтропических областях и от 30 до 32% - в приполярных. В краевых и средиземных морях изменения солености значительно шире и могут доходить до почти полного опреснения, как, например, в Ботническом и Финском заливах Балтийского моря или в Таганрогском заливе Азовского.

Химический состав воды океанов

Установлено, что по мере опреснения разнообразие фауны вообще и планктона в частности делается все беднее и беднее. Так, в Черном море, где соленость воды 17-18%, в планктоне, по сравнению со Средиземным, отсутствуют целые группы организмов. Здесь нет радиолярий, сифонофор, крылоногих и киленогих моллюсков, сальп, пирозом, а другие группы представлены количеством видов во много раз меньшим, чем в Средиземном море: крупных сцифомедуз только две, ктенофор одна, аппендикулярий - по одной и т. д. В Азовском море (соленость 9-12%) планктон еще беднее формами: ктенофор и аппендикулярий уже совсем нет, личинок десятиногих рачков в Черном море 25 видов, а в Азовском только 3-4, веслоногих и ветвистоусых рачков соответственно 13 и 7, колокольчиковых инфузорий в Средиземном море 100 видов, в Черном - 20, в Азовском - 6. Такое уменьшение разнообразия форм по мере опреснения объясняется в основном тем, что организмы впервые появились в морях с океанической соленостью (в среде, содержащей все вещества, необходимые для построения их тела) и только впоследствии, в ходе эволюционного процесса, немногие из них приспособились к пониженной солености. И чем ниже соленость, тем меньшее количество организмов могло к ней приспособиться.

Обилие планктона и состав солей в морской воде. Что касается обилия планктона, то оно не зависит от общего содержания солей, перечисленных в вышеприведенной таблице, потому что их концентрация, а также соотношение характеризуются значительным постоянством. Количество планктона зависит главным образом от биогенных соединений, солей азотной и фосфорной кислот, используемых растительными организмами при фотосинтезе веществ.

Растениями питаются растительноядные животные, растительноядными - хищники и, таким образом, эти биогенные соединения в конечном счете являются источником продуктивности всего водоема. Количество этих солей в морской воде очень невелико. Оно измеряется десятками, редко сотнями миллиграммов на один кубический метр воды. Эти вещества постоянно при фотосинтезе переходят из воды в растительные организмы, которые затем служат пищей животным, и в результате деятельности бактерий снова превращаются (регенерируют) в исходные соединения - фосфаты и нитраты, то есть питательные соли для растений. В результате этого движения количество биогенных соединений в воде моря подвержено периодическим колебаниям.

Зимой, когда солнечной энергии поступает мало и фотосинтез слабый, количество нитратов и фосфатов, растворенных в морской воде, возрастает. И наоборот, в период наибольшего развития планктона запас их сильно истощается, вплоть до полного исчезновения. Таким образом, соли фосфорной и азотной кислот не только являются исходным материалом для продукции планктона, но исчерпание их запасов в воде может влиять на его развитие.

Запас питательных солей восстанавливается за счет деятельности бактерий, переводящих выделения организмов и их трупы снова в фосфаты и нитраты. Из сказанного ясно, что расход биогенных веществ имеет место исключительно в верхних, доступных для солнечного света слоях, примерно до 150-200 м глубины, где при фотосинтезе их используют растения (зона фотосинтеза). Регенерация фосфатов и нитратов имеет место в просвечиваемой зоне и в более глубоких слоях, куда опускаются трупы, но куда не проникают лучи солнца, необходимые для фотосинтеза, и где, следовательно, они не расходуются. В результате такого распада и прихода биогенных веществ слои, глубже 200 м (зона регенерации), богаче на растворенные в воде фосфаты и нитраты, чем верхние. Поэтому всякое поднятие глубинных вод на поверхность обогащает верхние слои материалом для продуцирования органических веществ растениями, как бы удобряет их. В силу этого у западных берегов континентов субтропических областей, где господствуют пассатные ветры, сгоняющие поверхностную воду, на место которой поднимается глубинная, планктон особенно обилен. Высокопродуктивны и районы так называемых полярных фронтов, где при встрече теплого и холодного течений возникают токи, поднимающие на поверхность плодородную глубинную воду. Такие места обычно очень богаты рыбой как, например, знаменитые по своему рыбному промыслу Ньюфаундлендские банки, где соприкасаются воды теплого Атлантического течения с Лабрадорским. Много рыбы в маленьком Азовском море. В нем обильный планктон потому, что глубины его не превышают 13 м и, следовательно, вся его толща воды доступна фотосинтезу, при этом вода перемешивается до дна уже при незначительном волнении, так что уноса питательных солей - фосфатов и нитратов - в глубокие, недоступные фотосинтезу слои не происходит.

Значение стока рек. В воде морей и океанов растворено громадное количество питательных солей, необходимых для обеспечения нормальной жизнедеятельности непосредственных потребителей этих веществ - бактерий и микроскопических водорослей, которые служат пищей для обитателей водоемов.

Однако в верхнем стометровом слое, где в процессе фотосинтеза идет наиболее интенсивное использование этих веществ, в отдельных районах (особенно в летний сезон) их оказывается недостаточно.

Большую роль в обогащении питательными солями поверхностных вод играет перемешивание воды. Оказывается, что в тех местах, где происходит энергичное перемешивание глубинных и поверхностных вод в результате различных физических причин - столкновений течений, сгонных ветров, сезонных явлений, связанных с нагревом и охлаждением поверхностных слоев воды, - имеет место подъем глубинных вод, богатых питательными веществами. В этих районах наблюдается особенно обильное развитие планктона.

В обширных областях северного и южного полушарий, в районах, где нет подъема глубинных вод, количество планктона минимально. Вследствие этого здесь мало рыбы и очень бедно население бентоса.

В качестве удобрения моря выступают воды рек. Речная вода содержит биогенные вещества, смываемые с суши. Хотя значение этих вод ограничено сравнительно близкими к берегу пространствами, для относительно небольших морей закрытого типа таких, как Каспийское, Азовское и Черное, в которые впадает много рек, именно речной сток определяет обилие питательных веществ, богатство планктона и количество рыбы.

Для океанских просторов значение речного стока незначительно.

Роль течений в распределении планктона. Мы уже отмечали, что планктонные организмы или способны активно передвигаться, или обладают настолько слабыми органами передвижения, что не могут противостоять движению воды. В связи с этим очень большую роль в распределении планктеров играют течения. Перемещая большие массы воды определенной температуры, течения переносят и населяющий эту воду планктон. Теплое течение Атлантического океана Гольфстрим выносит далеко за полярный круг в Баренцово море более тепловодные формы планктона Северной Атлантики, а Гренландское холодное течение сдвигает далеко на юг границы арктического планктона. Поэтому границы географических областей населения океанов принято проводить не по параллелям, а по линиям одинаковых температур (изотермы).

Не только течения, но и токи воды самого разнообразного характера - турбулентные движения, конвекционные токи и пр. - могут увлекать планктеров, сортировать, рассеивать, аккумулировать, создавая неравномерное, "облачное", распределение. Иногда эти сгущения планктеров сравнивают с роями насекомых. Однако насекомые собираются в рои под влиянием инстинкта, а "облака" планктеров аккумулируются движениями воды соответственно их гидродинамическим свойствам, аналогично тому, как волны выбрасывают на берег кучи ракушек определенного вида или в одних местах собирается гравий, а в других - мелкий песок.

В больших масштабах аккумуляция планктона имеет место по краям течений, особенно в местах их стыка, например, у берегов Ньюфаундленда, где теплое Атлантическое течение встречается с холодной арктической водой Лабрадорского течения. При этом масса планктеров, попадая в неподходящие для них условия, отмирает. Часть сразу поедается животными - трупоедами, другая часть разлагается и дает материал для обильного развития растительного и животного мира. Такие области получили название полярных фронтов и давно известны своими рыбными богатствами.

Конвекционные вертикальные передвижения воды не только создают условия для механической аккумуляции планктона, но способствуют усиленному перемешиванию воды и выносу на поверхность более богатой биогенными соединениями глубинной воды, что способствует богатству этих областей.

Такой же подъем глубинной воды создают сгонные течения, возникающие под влиянием берегового ветра. При этом очень резко падает температура воды и изменяется состав планктона - появляются холодолюбивые глубинные формы. Благодаря центробежной силе в центральных областях кольцевых течений вода стекает к периферии, на ее место поднимается вода более глубоких слоев и обогащает поверхностную воду нитратами, фосфатами и пр.

Таким образом, разнообразные течения возвращают на поверхность опустившиеся вместе с трупами организмов биогенные вещества и способствуют увеличению количества планктона.