ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 203
Скачиваний: 0
§ 15. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ОКЕАНАХ И МОРЯХ
Океан, как и все другие природные воды, населяют живые организмы, имеющие чрезвычайно многообраз ные и сложные формы. Главной особенностью океана как жизненного пространства является то, что живые организмы — растения и животные, обитающие в нем, распределены во всех его трех измерениях, тогда как флора и фауна суши занимает, по существу, лишь самую поверхность материков. Вода, как и суша, способна вос производить живое вещество из неживого в процессе фо тосинтеза: в основе всей жизни в океане лежит способ ность зеленых растений — одноклеточных и многоклеточ ных водорослей синтезировать сложные органические вещества (углеводы) из простых неорганических соеди нений (углекислоты, воды) с помощью лучистой све товой энергии, поглощаемой хлорофиллом. Таким обра зом, зеленые растения непосредственно используют ми неральную пищу, на что животные не способны. Создается первичная продукция океана — пища для рас тительноядных животных, которыми в свою очередь пи таются плотоядные животные. Цикл биологического круговорота веществ в океане, начатый в процессе фо тосинтеза, завершается распадом отмерших организмов и превращением органических' веществ в неорганиче ские.
В океане насчитывается около 150 тысяч видов жи вотных и около 10 тысяч видов растений, общая масса которых достигает 50—60 млрд. т. Говоря о закономер ностях распределения организмов, необходимо отметить, что животные заселяют всю толщу океана — от поверх ности до самого дна, растения же, нуждающиеся для синтеза органических веществ в большом количестве энергии, которую поставляет солнечный свет, обитают только в верхнем слое океана (0—100, предельно 200 м), на глубинах возможности фотосинтеза.
По характеру поведения в воде и типу питания жи вые организмы в океане подразделяются на планктон, нектон и бентос. Отдельно выделяются бактерии, оби тающие на поверхности взвесей органического и неорга нического происхождения, особенно на частицах ила.
Планктоном (от греч. plankton — блуждающее) назы вается совокупность организмов, населяющих толщу
158
воды и пассивно переносимых океанскими течениями. Основную массу планктона составляет фитопланктон — мельчайшие одноклеточные водоросли. Весной, когда верхние слои прогреваются солнечными лучами, проис ходит массовое развитие фитопланктона. К поверхности из глубин поднимаются одноклеточные и мелкие много клеточные животные, которые питаются фитопланкто ном и сравнительно быстро размножаются. Таким обра зом, развитие зоопланктона тесно связано с развитием фитопланктона. Поэтому на тех участках, которые рань ше прогреваются и где развивается фитопланктон, по являются скопления зоопланктона. Происходит так на зываемая пищевая цепь.
Нектон (от греч. nekton — плавающее) представляет собой совокупность активно плавающих и преодолеваю щих силу течения животных (рыб, головоногих моллю сков, морских рептилий и млекопитающих).
Населению толщи воды — планктону и нектону про тивопоставляется бентос (от греч. benthos — глубина) — организмы, населяющие дно океана.
Присутствие живых организмов в морской воде яв ляется одной из главных причин эволюции природы океана. Биологические факторы вносят заметный вклад в грандиозный процесс трансформации и обмена энер гии и веществ в океане. Деятельность организмов су щественно изменяет химический состав морской воды (газы, биогенные вещества, микроэлементы). Биофизи ческие процессы (биооптические, биоакустические, био электрические), протекающие в Мировом океане, вносят много особенностей в структуру естественных гидрофи зических полей и в условия проникновения различных форм энергии в толщу океана. В связи с этим гидро биологические процессы и явления представляют для военно-морского флота значительный интерес, их влия ние на корабли, оружие и технические средства должно учитываться.
Влияние организмов на оптические свойства морской воды в основном проявляется в форме цветения и све чения моря. Эти явления обычно связаны друг с дру гом, так как часто имеют одних и тех же возбудителей.
Под цветением моря в гидробиологии понимают столь массовое развитие фито-, а иногда и зоопланктона в поверхностном (толщиной от нескольких миллимет
ров до нескольких метров) слое морской воды, что по следняя заметно меняет свои оптические свойства. На личие планктонных организмов вызывает интенсивное рассеяние света. Прозрачность воды резко уменьшается, вода приобретает зеленый, буро-зеленый и даже крас ный цвет. Массовому развитию фитопланктона способ ствует интенсивный прогрев воды солнечным теплом и наличие питательных (биогенных) веществ. Такое соче тание в умеренных широтах приходится на гидрологиче скую весну и осень, в тропиках — на зиму. В полярных водах интенсивное развитие фитопланктона происхо дит в течение одного месяца, когда инсоляция достигает максимума, и в течение месяца сменяют друг друга гидрологические весна, лето и осень.
Скопления планктонных организмов и взвешенных частиц могут возникать не только в связи с цветением моря. При наличии слоев скачка плотности резкое уве личение плотности морской воды с глубиной препятст вует (по закону гидростатики) погружению частиц, что и обусловливает их сосредоточение на верхней границе слоя скачка. В результате возникают оптические экра ны, вызывающие интенсивное ослабление света за счет рассеяния.
Способностью светиться обладают некоторые виды морских бактерий, планктонные организмы и более крупные животные. Физическая сущность этого явле ния — биолюминесценция, при которой происходит окис ление люциферином (протеин с большой молекулярной массой) люцифераза (вещества, близкого к витами ну К). При этом энергия химической реакции, вызываю щей биолюминесценцию, почти полностью (на 90% и более) переходит в свет без затраты на тепло.
В умеренных и высоких широтах свечение чаще всего наблюдается гидрологическим летом и в начале гидро логической осени. Наиболее интенсивное свечение, осо бенно бактериальное, отмечается в прибрежных водах тропической и субтропической зон Мирового океана, од нако в некоторых холодных морях, например Охотском, также может быть сильное и разнообразное свечение.
Исследования спектрального состава биолюминес ценции показывают, что оно укладывается в диапазоне
длин |
волн от 0.40 до 0,70 мкм с максимумом около |
0,50 |
мкм. |
160
Освещенность, создаваемая организмами, порой пре вышает освещенность, создаваемую полной Луной. В исключительных случаях свечение может быть столь интенсивным, что мешает смотреть, ослепляет и дей ствует на зрение из-за постоянно сверкающей поверхно сти океана.
Учитывая вклад различных компонентов в общий ба ланс подводной освещенности, в толще океана можно выделить три световые зоны:
1)0—200 м — зона дневного солнечного и ночного смешанного (астрономического и биолюминесцентного) свечения;
2)200—700 м — зона дневного солнечного и ночного биолюминесцентного свечения;
3) |
глубже |
700 м — зона биолюминесцентного свече |
ния |
[43]. |
|
Явление |
биолюминесценции может оказывать су |
щественное влияние на силы и средства военно-морского флота как демаскирующий, а иногда как маскирующий фактор. Свечение кильватерных струй сильно демаски рует надводные корабли и подводные лодки. При бак териальном свечении образуется равномерный светлый фон, на котором могут выделяться очертания подводных лодок, минных заграждений и даже отдельных мин. Свечение моря демаскирует не только движущиеся, но и неподвижные предметы в воде (мины, банки, рифы, бо новые и сетевые заграждения и т. п.), особенно при на личии течения. Свечение, вызываемое движением круп ных животных (китов и дельфинов), может имитировать следы торпед, подводных лодок.
Исключительно велико влияние организмов на рас пространение звука в океане. Скопления планктонных организмов, плотные косяки рыб, кальмаров и т. п. об разуют звукорассеивающие, экранирующие слои, пре пятствующие проникновению звука в толщу океана и обусловливающие интенсивную реверберацию звука. Возникают сильные помехи эхопеленгованию подводных целей, на фоне которых бывает трудно, а порой и не возможно выделить полезный сигнал.
Ряд представителей морской фауны, особенно тропи ческой, сами являются источниками подводного шума. Основными источниками биологического шума являются позвоночные животные (китовые и рыбы), ракообраз
161,
ные и беспозвоночные. Прыжки китов сопровождаются шумом, который слышен за десятки миль. Хорошо слыш но в воде и дыхание китообразных (выдох гренланд ского кита, например, слышен на расстоянии, превы шающем одну милю). Тюлени, моржи и котики издают интенсивные звуки, напоминающие рев домашних жи вотных. Звуки дельфинов, похожие на писк, длятся от тысячных долей до целых секунд и лежат в диапазоне частот от 7 до 200 кГц. Крики касаток чем-то напоми нают мяукание, модулированное по частоте в рабочем диапазоне шумопеленгаторных станций (от единиц до нескольких десятков килогерц).
Звуки рыб разнообразны по характеру (квакание, хруст, удары в барабан), интенсивности и диапазону ча стот (от десятков до нескольких тысяч герц). Наиболь шая интенсивность звука, издаваемого рыбами, отме чается в вечерние часы кормления (до 40—50 дБ). Ми грация рыб приводит к значительным суточным и се зонным колебаниям интенсивности шума.
Кроме шумов биологического происхождения рыбы, движущиеся в косяке, создают значительные гидроди намические шумы, имитирующие шум движущейся тор педы.
Креветки, рачки, несмотря на малые размеры, спо собны создавать весьма интенсивные шумы, так как встречаются на дне в громадных количествах (до 200— 300 экземпляров на 1 м2). Они не способны к мигра ции, что и определяет незначительные суточные и се зонные изменения интенсивности создаваемого ими шума. Водятся они вблизи скалистых берегов и никогда не встречаются на песчаном грунте.
Беспозвоночные (губки, моллюски, кольчатые черви и др.) также способны издавать звуки, состоящие из неустановившихся импульсных сигналов. Однако дан ные о них ограничены техническими возможностями ис следований.
Во многих частях Мирового океана, в частности в Атлантическом океане, в южной части Тихого океана, выявлен ряд изменяющихся звуков очень низкой ча стоты, превышающих на 30—40 дБ обычный для этих районов уровень естественных подводных шумов океа на. Среди этих звуков наиболее распространен и наи более часто прослушивается импульс, основная энергия
162
которого приходится на довольно |
узкую |
полосу ча |
стот — около 20 Гц. Этот звуковой |
импульс, |
получивший |
название странного шума, длится около 1 с. Импульсы появляются в виде серии общей продолжительностью несколько минут по одному импульсу примерно через 10 с. Попытки опознать источник странного шума были неудачны; предполагается его биологическое происхо ждение [58].
Подводные шумы биологического происхождения создают помехи нормальной работе акустических не контактных взрывателей и гидроакустических станций.
Морские древоточцы (моллюски, ракообразные и на секомые), разрушающие бетон и железо бактерии, свер лящие камень и бетон животные и растения наносят существенный ущерб корпусам судов, плавучему огра ждению и гидротехническим сооружениям. Проблема изыскания эффективных средств защиты этих сооруже ний пока остается до конца нерешенной.
Крупная водная растительность может явиться по мехой движению мелких кораблей и катеров, особенно в ходе десантных операций при подходе к берегу. Дви жение малых подводных лодок в скоплениях гигантских водорослей сопряжено также с опасностью.
Морские обрастания, т. е. поселения различных мор ских организмов (водорослей, моллюсков, червей ит. п.) на днищах судов, приносят колоссальные убытки при эксплуатации торговых судов: из-за потерь скорости (до 50%), горючего (до 40%) и времёни (до 50%), а также из-за преждевременного износа двигателей в ре зультате перегрузки и необходимости частых докований. Обрастания днищ кораблей, корпусов подводных лодок, забортных устройств технических средств (ла гов, эхолотов, гидроакустических станций) существенно снижают их боевые возможности и требуют применения средств защиты специальных покрытий и окрасок. Наиболее интенсивное обрастание днищ происходит в тропической зоне океана; в холодных и распресненных водах скорость обрастания незначительна.
§10. ВОДНЫЕ МАССЫ МОРЕЙ И ОКЕАНОВ
Вкаждом конкретном районе Мирового океана мож но выделить значительные объемы морской воды, раз личные как по происхождению, так и по своим свойст
163
вам. Воды океана можно классифицировать либо по присущим им физическим характеристикам, либо по входящим в их состав химическим соединениям и эле ментам.
Однако при изучении гидрологического режима мо рей и океанов возникла необходимость ввести такую комплексную характеристику их вод, которая позволяла бы не только всесторонне определять их физическое со стояние и происхождение, но и в определенной мере отражала бы протекающие в океане процессы. С этой целью в океанографии введено и находит широкое при менение понятие «водные массы», аналогичное понятию «воздушные массы» в синоптической метеорологии.
Определение понятия |
«водная масса». Водная мас |
с а — это значительный |
в масштабе моря (океана) |
объем морской воды, обладающий в течение длитель ного времени некоторыми общими свойствами и квази постоянством своих физико-химических и биологических характеристик и который переносится в результате го ризонтальной и вертикальной циркуляции как одно це лое в другие районы и на другие глубины океана.
Вкачестве основных характеристик при выделении водных масс обычно используются их температура и со леность как важнейшие и наиболее изученные пара метры состояния морской воды.
Вкачестве дополнительных параметров при анализе водных масс могут использоваться: содержание раство ренного кислорода, нитратов, биогенных элементов,
планктона, оптические характеристики морской воды и др.
Классификация водных масс Мирового океана. Еди ной, общепринятой классификации водных масс Миро вого океана не существует, и это объясняется тем, что понятие «водная масса» в известной степени условно: квазипостоянство физико-химических характеристик определяется выбором тех или иных допустимых преде лов их изменения, что в свою очередь определяет сте пень детализации при выделении водных масс различ ных типов.
Однако в самом общем виде водные массы Миро вого океана можно разделить на три типа: тропосфер ные (поверхностные и приповерхностные), промежуточ ные и стратосферные (глубинные и донные),
164
Тонкий слой тропосферных поверхностных вод, по существу, не имеет стабильного термохалинного индек са, т. е. устойчивых, характерных для данной водной массы значений температуры и солености, так как обыч но залегает на глубинах до 100—200 м, где наиболее интенсивны процессы перемешивания, взаимодействия с атмосферой и переноса тепла.
Тропосферные приповерхностные воды залегают на глубинах примерно от 100—200 до 500—900 м; ниже (до глубин 1000—1200 м) располагаются промежуточ ные воды, представляющие собой переходный слой ме жду океанической тропосферой и стратосферой. Для водных масс высоких широт свойственна большая одно родность по глубине, поэтому деление их на океаниче скую тропосферу и стратосферу не принято: вся толща воды от поверхности до дна холодная и, за исключением поверхностного распресненного слоя, отличается гомохалинностью. Основные типы наиболее крупных водных масс и их термохалинные индексы приводятся в табл. 10.
Водные массы Мирового океана, как правило, фор мируются в его поверхностном слое, именно там, где влияние факторов, формирующих определенные свой ства, наибольшее, а затем в результате конвекции и океанских течений перемещаются в другие районы, иногда находящиеся от мест формирования на значи тельных расстояниях. Так, например, средиземномор ская водная масса зарождается в поверхностных слоях Средиземного моря. В результате летнего испарения и последующего охлаждения поверхностные воды стано вятся более плотными — возникает интенсивная конвек ция, формирующая глубинные воды моря, которые от личаются повышенной температурой (13,5°) и солено стью (38,5%о). Придонное течение, существующее в Гибралтарском проливе на глубинах более 200 м, выно сит в Атлантический океан в среднем за год 52 000 км3 средиземноморской воды. В результате пропуска вод через подводный порог Гибралтарского пролива, шири на которого составляет от 8 до 11 миль, а преобладаю щие глубины — от 200 до 500 м, эта водная масса про никает в Атлантический океан и распространяется как промежуточная на значительные площади. По повышен ной солености она прослеживается даже южнее мыса Доброй Надежды [18].
165
I
Основные водные массы
|
|
Т и х и й ' о к е а н |
|
А т л а н т и ч е с к и й |
|
|
|
|
С р е д н и е |
|
|
§■ |
Т и п в о д н ы х м а с с |
Н а з в а н и е |
э к с т р е м а л ь н ы е |
Н а з в а н и е |
|
а |
|
|
Т , л - и н д е к с ы |
|
|
о |
|
в о д н о й м а с с ы |
|
|
в о д н о й м а с с ы |
с |
|
|
|
|
|
% |
|
|
Т , ° С |
S , »/о» |
|
1 |
Тропосферные |
— |
|
|
— |
|
а) поверхно |
|
|
|
|
|
стные |
Субарктическая |
Нестабиль Субарктическая |
||
|
|
|
|
ны |
|
|
|
Субантарктиче |
|
|
Субантарктиче |
|
|
ская |
|
|
ская |
|
|
Антарктическая |
|
|
Антарктическая |
|
б) приповерх Субтропическая |
20,0 |
34,8 |
Субтропическая |
|
|
ностные |
сев.-зап. части |
|
|
Северной Атлан |
|
|
|
|
|
тики |
|
|
Субтропическая |
20,0 |
35,2 |
— |
|
|
сев.-воет, части |
|
|
|
|
|
Экваториальная и 20,0— 35,7— Субтропическая |
|||
|
|
субтропическая |
25,0 |
36,2 |
Южной Атлантики |
|
|
южн. части |
|
|
|
2 |
Промежуточ Субарктическая |
5,0—33,8— Субарктическая |
|||
|
ные |
|
9,0 |
33,5 |
|
|
|
Субтропическая |
11,5 |
33,9 |
Средиземномор |
|
|
юго.-вост. части |
|
|
ская |
|
|
Антарктическая |
5,0 |
34,1 |
|Антарктическая |
3 |
Стратосфер |
Глубинная и при |
1,3 |
34,7 |
Глубинная и при |
|
ные (глубинные |
донная |
|
|
донная Северной |
|
и придонные) |
|
|
|
Атлантики |
Глубинная Южной Атлантики
Придонная антарк тическая
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 10 |
|
Мирового океана [39, 60] |
|
|
|
|
|
|
||
о к е а н |
|
И н д и й с к и й о к е а н |
|
С е в е р н ы й Л е д о в и т ы й о к е а н |
||||
С р е д н и е |
|
|
С р е д н и е |
|
С р е д н и е |
|||
э к с т р е м а л ь |
|
|
э к с т р е м а л ь |
|
||||
|
|
|
э к с т р е м а л ь н ы е |
|||||
н ы е |
Н а з в а н и е |
|
н ы е |
Н а з в а н и е |
||||
Т , S ' и н д е к с ы |
в о д н о й м а с с ы |
|
Т , б’- и н д е к с ы |
в о д н о й м а с с ы |
Т , ^ - и н д е к с ы |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
т, °с 5. %>» |
|
|
т, °с 5, Ѵ.о |
|
т, °с |
•S. V.. |
||
|
|
— |
|
|
|
Арктическая |
—1,7 <32.0 |
|
Неста |
— |
|
Неста |
— |
|
|
||
бильны |
|
|
бильны |
|
|
|
||
|
|
Субантарктиче |
|
|
— |
|
|
|
|
|
ская |
|
|
|
|
|
|
|
|
Антарктическая |
|
|
— |
|
|
|
20,0 |
36,5 |
Бенгальского |
за 2 5 ,о; |
33,8 |
— |
|
|
|
|
|
лива |
|
|
|
|
|
|
|
|
Экваториальная |
25,0 |
35,3 |
— |
|
|
|
18,0 |
35,9 |
Моря Тимор |
|
20,0 |
34.5 |
— ’ |
|
|
|
|
Субтропическая |
16,0 |
35.6 |
|
|
|
|
|
|
южн. части |
|
|
|
|
|
|
2,0 |
34,9 |
— |
|
|
|
— |
|
|
11,9 |
36,5 |
Красноморская |
23.0 |
40,0 |
— |
|
|
|
|
|
Моря Тимор |
|
12.0 |
34,6 |
|
|
|
2,2 |
33,8 |
Антарктическая |
5,2 |
34,3 |
— |
|
|
|
2.5 |
34,9 Глубинная и |
при |
0,6 |
34,7 |
Глубинная |
0,5— |
34,8 |
|
|
|
донная антаркти |
|
|
|
3,0 |
|
|
|
|
ческая |
|
|
|
|
|
|
4.0 |
35,0 |
|
|
|
|
— |
|
|
—0,4 |
34,7 |
|
|
|
|
Придонная |
- 0 ,8 |
34,9 |
166 |
167 |