Экосистемы Мирового океана

Океаны играют важную климатообразующую роль, перераспределяя солнечную энергию за счёт испарения воды и перемещения нагретой воды с океаническими течениями, Они участвуют в других глобальных биогеохимических круговоротах в природе и являются гигантскими «резервуарами» диоксида углерода. Океан – яркий пример биогеоценоза.

К основным характеристикам экосистем Мирового океана относят:

1. Глобальность размеров и огромные глубины, освоенные жизнью;

2. Непрерывность – все океаны связаны между собой;

3. Постоянную циркуляцию среды под действием сильных ветров, дующих в течение года в одном и том же направлении, а также наличие глубинных течений;

4. Господство различных волн и приливов, вызванных притяжением Луны и Солнца;

5. Солёность и устойчивая во времени однородность основного солевого состава;

6. Наличие растворённых биогенных элементов.

Прибрежная зона океана. Это – относительно тёплые, богатые биогенами мелководья, протянувшиеся от линии прилива на суше до края подводного продолжения континента – континентального шельфа.

В прибрежной зоне, занимающей менее 10 % общей площади океана, сосредоточено 90 % биомассы океанических растений и животных; здесь находится большинство районов промышленного рыболовства. Прибрежную зону подразделяют на несколько местообитаний.

Эстуарии – это часть прибрежной зоны, где пресные воды рек, ручьёв и поверхностного стока смешиваются с солёными морскими водами. В эстуариях так же, как и во влажных тропических лесах и во внутренних болотных экосистемах, ежегодная удельная продукция биомассы максимальна в сравнении с любыми другими экосистемами планеты.

Коралловые рифы распространены в прибрежных зонах океана в тропических и субтропических широтах, где температура воды превышает 20 °С. Они в основном состоят из нерастворимых соединений кальция, выделяемых животными – кораллами, а также красными и зелёными водорослями при фотосинтезе. Разнообразие и сложное строение коралловых рифов привели к тому, что в них обитает более трети всех видов морских рыб и многочисленные другие морские организмы. Считают, что коралловые рифы играют особую роль в поддержании солевого состава океанических вод.

Открытый океан. Он отделяется от прибрежной зоны областью резкого увеличения глубин у края континентального шельфа. На его долю приходится только 10 % биомассы океанических растений и животных, и безбрежные просторы глубоководья можно считать полупустынными. Однако благодаря огромной протяжённости открытый океан – это основной поставщик чистой первичной биологической продукции на Земле.

Экосистемы континентальных стоячих водоёмов

Континентальные стоячие (непроточные) водоёмы включают в себя экосистемы озёр, водохранилищ, прудов, луж, а также болот. Жизнь стоячих вод или лентической среды (от лат. lentus – спокойный) зависит от площади поверхности и глубины водоёма, региональных климатических условий и химического состава воды.

Озёра. На дне озёр различают последовательную смену концентрических зон, а также две группы жизненных форм растений: бентосную и фитопланктонную.

Бентосные растения. Они развиваются, прикрепившись или укоренившись на дне. Эту группу также называют погружённой водной растительностью. Они выживают в бедной биогенами воде, так как получают необходимые элементы из донных отложений, однако нуждаются в проникновении сквозь толщу воды достаточного для фотосинтеза количества солнечного света.

Фитопланктон. Фитопланктон (планктон) состоит из множества видов водорослей и представляет собой отдельные клетки, их скопления или «нити», которые держатся вблизи поверхности воды или прямо на ней. Очевидно, что мутная вода мало на них влияет, их большое количество является важнейшей причиной помутнения. Фитопланктон не связан с дном, поэтому должен получать биогены из воды. При недостатке в воде биогенов его развитие замедляется.

Болота. Это участки суши, покрытые в определённые периоды времени небольшим слоем воды и более или менее высыхающие в другое время. Согласно другому определению, болото – переувлажнённый участок поверхности земли, характеризующийся накоплением в верхних горизонтах мертвых неразложившихся растительных остатков, превращающихся затем в торф. При слое влажного торфа более 0,3 м – болото, менее 0,3 м – заболоченные земли.

Болота умеренных и высоких широт – это своеобразные «ловушки» органического углерода, в которых происходит его накопление и захоронение в виде не полностью разложившихся остатков растительности, образующих торф. Переувлажнённые земли более характерны для тропических районов, и торф в них не накапливается.

Болота, расположенные вдоль русел рек и, особенно в устьях, во время паводков принимают избыточную воду, обогащённую илом и биогенами. При движении воды по болотам ил и связанные с ним биогены оседают, а вода очищается по мере просачивания в грунтовые воды. Таким образом, важнейшей ролью болот является фильтрация воды перед тем, как она попадает в озёра, заливы, эстуарии, грунтовые воды. Болота, обогащённые биогенами, представляют собой самые продуктивные экосистемы, в которых обитают стаи водной дичи и многие другие животные. Общая площадь болот и переувлажнённых земель на планете составляет примерно 3 млн. км². Больше всего болот в Южной Америке (почти половина) и Евразии, совсем мало – в Австралии. Болота и заболоченные территории есть во всех географических зонах, но особенно много их в тайге. В нашей стране болота занимают около 9,5 % территории, причём особую ценность представляют торфяные болота.

Болота не пригодны для сельского хозяйства, строительства, судоходства. Поэтому «бросовые земли» длительное время пытались «улучшать», что привело ко многим ошибкам как в нашей стране, так и во многих других странах. Резюмируя мировой опыт использования болот, Ю. Одум пришел к выводу, что их в большинстве случаев выгоднее применять не для сельского хозяйства, а для хранения воды и местообитания диких животных.

Озёра

Качественный и количественный состав биоценоза и особенности питания (степень трофности) в озере обусловливаются химическим составом воды.

Олиготрофные озера (от греч. ollgos – незначительный, бедный, trophe – питание, пища). Их воды бедны минеральным азотом и особенно фосфором, встречающимся в виде следов. Благодаря низкой плотности биоценоза в воде присутствует много кислорода, а содержание СО₂ невелико, вследствие чего, в частности, отмечается нерастворимость соединений железа. Вода прозрачная, синего или зелёного цвета. К такому типу относят глубокие озера с песчаными берегами.

Кислород из атмосферы растворяется в воде крайне медленно. Следовательно, бентосные растения не только обеспечивают пищу и убежище водным животным, но и поддерживают необходимую концентрацию растворённого кислорода на глубине, выделяя его непосредственно в воду. В результате в водоёме, обедненном питательными элементами, может существовать богатый, разнообразный биоценоз из рыб, моллюсков и бентосных растений, которыми они питаются.

Эвтрофные озёра (от греч. ей – хорошо). Их воды богаты азотом и фосфором. Обилие организмов ведёт к истощению кислорода в глубинных слоях во время фаз застоя. Вода малопрозрачная, от зеленовато-коричневой до коричневой. Для таких озёр характерны небольшие глубины, благоприятствующие образованию широких поясов прибрежной растительности.

Дистрофные озёра. Это неглубокие озёра с берегами, поросшими торфообразующими растениями. Вода малопрозрачная, окрашена в бурый цвет гуминовыми веществами; кислород в дефиците; реакция воды слабокислая.

Между этими типами озёр существуют все переходные стадии. Кроме того, одно и то же озеро (пруд) может переходить из одного типа в другой.

Обогащение биогенами. При эрозии и выщелачивании водоём постепенно заполняется наносами и обогащается биогенами, накопление которых способствует развитию фитопланктона, а значит, помутнению воды и затенению бентосной растительности. Кислород, выделяемый планктоном при фотосинтезе, перенасыщает верхний слой воды и улетучивается с её поверхности. В ясный день легко видеть, как из скоплений нитчатых водорослей всплывают пузырьки кислорода.

Жизненный цикл фитопланктона очень короток. Его быстрое размножение компенсируется отмиранием, ведущим к накоплению детрита. Отмерший фитопланктон поступает в глубинную зону, где им питаются редуценты, также потребляющие кислород и снижающие его концентрацию в воде. Когда растворённого кислорода не остается, бактерии-редуценты выживают за счёт анаэробного брожения, и так может продолжаться до тех пор, пока есть детрит для питания.

Таким образом, у поверхности количество растворённого кислорода может быть очень высоким из-за фотосинтеза фитопланктона, а на глубине его запасы истощаются редуцентами.

«Дождь» фитопланктона переносит усвоенные им биогенные элементы на дно, где по мере разложения детрита они вновь высвобождаются. Восходящие конвективные потоки возвращают биогены к поверхности, и описанный процесс повторяется многократно.

Эвтрофикация водоёмов – обогащение водоёма биогенами, стимулирующее рост фитопланктона. Результатом является помутнение воды, гибель бентосных растений, снижение концентрации растворённого кислорода, недостаток его для глубоководных рыб и моллюсков. Эвтрофикация может происходить даже в медленно текущих пресных водах. Чем больше органических веществ поступает в озеро, тем больше требуется кислорода для перевода их в неорганические соединения. Она представляет собой смену богатой экосистемы, основанной на бентосной растительности, на простую, основанную на фитопланктоне.

В геологических масштабах времени водоёмы постоянно обогащаются биогенами и заполняются поступающими с суши наносами. За многие столетия в озере накапливаются ил и детрит, постепенно заполняющие первоначально глубокую чашу озера.

Эвтрофикация – составная часть естественного процесса, называемого сукцессией. За несколько тысяч лет озеро может измениться естественным путём и превратиться из олиготрофного в эвтрофное, или, иначе говоря, «состариться». Однако антропогенная деятельность приводит к аналогичным последствиям всего за несколько десятилетий. Поэтому принято говорить об антропогенной эвтрофикации, противопоставляя её естественной. Эвтрофикация – хороший пример того, что не все негативные проблемы современности связаны с промышленным выбросом «ядовитых» соединений, ибо в рассматриваемом случае часто причиной является поступление в природную экосистему таких «безвредных» веществ, как частицы почвы и питательные вещества. На данном примере отчетливо видно, что изменение любого экологического фактора может нарушить равновесие в экосистеме.

Экосистемы водотоков

Экосистемы проточных водоёмов, а именно ручьёв, быстро и медленно текущих рек и речек от их истоков до устья значительно отличаются от экосистем стоячих вод, что вызвано постоянным обновлением воды и значительно большими контактами с наземными экосистемами.

Скорость течения водотоков – определяющий фактор в жизни биоценозов вследствие воздействия на организмы физических и химических свойств воды. Скорость течения также влияет на характер дна.

Температура проточных вод обычно одинакова по всей их толщине и подвергается изменениям по мере продвижения вод от истоков к устью. Насыщенность кислородом проточных вод (за счёт атмосферной аэрации) даже при отсутствии зелёных растений бывает достаточной. Постоянное движение создаёт лучшие условия для дыхания организмов, однако органические вещества, поступающие в водотоки с бытовыми или промышленными стоками, вызывают уменьшение концентрации кислорода в воде из-за массового размножения бактерий. В нижнем течении рек, особенно крупных равнинных, имеется довольно разнообразный, постоянный и обильный планктон. Донное население рек сильно зависит от скорости потоков. В распространении рыб от истока к устью прослеживается определенная зональность.

В противоположность озёрам у рек соотношение размеров береговой полосы и водной массы благоприятствует образованию фауны береговых откосов. Пищевые цепи в проточных водах отличаются бедностью пищевой базы. Многие животные проточных вод являются всеядными и в зависимости от места или времени года поедают растения, животных или детрит. Таковы карпы, сомы, раки, личинки насекомых.

Продуктивность от реки к реке сильно различается. Особое место среди экосистем занимают эстуарии (места впадения пресноводных рек в солёные моря и океаны), где обитают виды, способные существовать в солоноватых водах.