Біофункціональна система океану
В океані здійснюється грандіозний процес перенесення речовини і енергії по биотическому круговороту. У процесі харчових (трофічних) зв’язків живі організми реалізують свої різноманітні функції, що підтримують гомеостаз екосистеми Світового океану в цілому.
М. В. Ломоносов відкрив закон збереження речовини і енергії. У XIX столітті К. Бер застосував його до використання живими організмами простих хімічних тіл, раз увійшли до їх складу. Він назвав його ” законом ощадливості “. Вернадський дуже образно формулює цей закон: ” Атоми, що увійшли в яку-небудь форму живого речовини, захоплені одиничним життєвим вихором, насилу повертаються, а може бути, і не повертаються назад, в відсталу матерію біосфери “. Завдяки “закону ощадливості ” можна говорити про атоми, що залишаються в межах живої матерії протягом геологічних періодів, весь час знаходяться в русі та міграції, але не виходять назад в відсталу матерію. Іншими словами, основу функціонування живої речовини складає біологічний кругообіг речовин.
На висхідній гілки біологічного кругообігу, заснованого на виконанні енергетичної функції зеленими рослинами, відбувається акумуляція сонячної енергії у вигляді органічних речовин.
Низхідна гілка біологічного кругообігу пов’язана з втратами органічної речовини. Найважливіший процес – дихання рослин, при якому до половини асимільованого при фотосинтезі органічної речовини окислюється до СО, і повертається в атмосферу. Другий істотний процес витрачання органічної речовини і накопиченої в ньому енергії – це споживання рослин консументами першого порядку – рослиноїдних тваринами. Запасається фитофагами з їжею енергія також значною мірою витрачається на дихання, життєдіяльність, розмноження, виділяється з екскрементами. Консументи першого порядку є їжею для м’ясоїдних тварин, консументів більш високого трофічного рівня, які витрачають накопичену з їжею енергію по тих же каналах, що й консументи першого порядку. Кількість трофічних рівнів, утворених хижими тваринами, зазвичай не перевищує трьох – чотирьох, так як у зв’язку з великими витратами енергії кількість органічної речовини, запасаемого з їжею на кожній більш високою трофічної щаблі, чисельність і біомаса тварин стають все менше (правило 10 %).
Кожна ланка екосистеми поставляє в навколишнє середовище органічні залишки (детрит), які служать джерелом їжі та енергії для тварин – сапрофагов, головним чином, для мікроорганізмів. Завершальним етапом перетворення органічної речовини є процес його мінералізації. Зольні елементи повертаються в морську воду, забезпечуючи рослини їжею.
Таким чином, біотичний кругообіг являє собою безперервний процес створення та деструкції органічної речовини. Він реалізується за участю представників всіх трьох груп організмів: без продуцентів неможливе життя, оскільки лише вони виробляють основу життя – первинне органічна речовина; консументи різних порядків, споживаючи первинну і вторинну продукцію і переводячи органічну речовину з однієї форми в іншу, сприяють зростанню різноманіття форм життя в океані; нарешті, редуценти, розкладаючи органічна речовина до мінерального, повертають його до початку кругообігу. Глобальні цикли міграції хімічних елементів не тільки пов’язують три зовнішні оболонки нашої планети в єдине ціле, але і обумовлюють безперервну еволюцію її складу. Наприклад, круговорот вуглецю в атмосфері складається з двох різних циклів: наземного і морського.
Кругообіг, що йде в океані, в основному автономний. Двоокис вуглецю, розчинена в морській воді, засвоюється в процесі фотосинтезу фітопланктоном, а що виділяється при цьому кисень йде в розчин. Зоопланктон і риби споживають вуглець, укладений в первинної продукції фітопланктону, а кисень використовують для дихання, вьщеліть при цьому у воду СО2. У результаті розкладання мертвої органіки в воду повертається двоокис вуглецю, де вона знову засвоюється водоростями. Є ще один важливий канал в океані, за яким вуглець йде в осадові породи: це утворення біогенних вапняків і доломіту.
На суші рослини фіксують двоокис вуглецю, що міститься в атмосфері. Частина первинної продукції використовується самим рослиною в процесі дихання, при цьому виділяється СО2. Значна частина вуглецю, укладеного в рослинній масі, споживається тваринами в їжу; тварини виділяють вуглекислий газ в процесі дихання. Травоїдними харчуються хижаки (ланцюг консументів різних порядків на малюнку опущена). Мертві рослини і тварини зрештою розкладаються, вуглець їх тканин окислюється до двоокису і повертається в грунт і в атмосферу.
Характерною рисою круговороту будь-якої речовини в біосфері є його неврівноваженість. Геохімічні цикли не можна представити як кругові процеси, замкнуті в непроникних кордонах. Скоріше, це вихори матерії, нерозривно пов’язані з навколишнім середовищем. Саме в силу своєї незамкнутости геохімічні цикли сприяють закономірного перерозподілу хімічних елементів та надісланим зміни складу зовнішніх оболонок Землі. Яскравим прикладом тому служить доля вуглецю, значна частина якого йде з кругообігу ” в геологію ” у вигляді різноманітних осадових порід.
У біотичному кругообігу, крім утворюють органічну речовину елементів (кисень, вуглець, водень), бере участь велике число біологічно важливих елементів (азот, кальцій, натрій, калій, кремній, фосфор, сірка), а також мікроелементи (бром, йод, цинк, срібло, молібден, мідь, магній, свинець, кобальт, нікель).
Список елементів, поглинаються живою речовиною, можна значно розширити, причому в нього входять навіть отруйні елементи (ртуть, селен, миш’як) і радіоактивні.
Відзначивши циклічний характер масо – енергообміну, відповімо на запитання про швидкість кругообігу різних речовин в біосфері. Все живе речовина біосфери оновлюється в середньому за 8 років. В океані циркуляція йде у багато разів швидше: вся маса живої речовини оновлюється за 33 дні, а маса фітопланктону – кожен день. В атмосфері зміна кисню відбувається за 2000 років, вуглекислого газу – за 6,3 року. Процес повної зміни вод в гідросфері здійснюється за 2800 років, а час, необхідний для фотосинтетичного розкладання всієї маси води, обчислюється 5-6 млн років.
Згущення і плівки життя
Життя розподілена в океані дуже нерівномірно. В. І. Вернадський виділяв дві форми концентрації живої речовини: життєві плівки і згущення життя. Інша частина океаносфери являє собою зону розрідження живої речовини. В. І. Вернадський виділяв дві життєві плівки: 1) на кордоні газоподібної і рідкої – планктонну, 2) на кордоні рідкої і твердої – донну.
Між розподілом біомас планктонної і донної плівок життя у відкритому океані існує тісний кореляційний залежність: акваторій з високою продуктивністю планктону відповідають ділянки з підвищеною біомасою бенталі (” принцип відповідності Л. А. Зенкевич “).
Згущення життя В. І. Вернадський поділяв на три типи: прибережні, Саргасове, рифові. Пізніше були відкриті ще два: апвеллінговие і гідротермальні рифтові.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)