Экологические функции вод Мирового океана

Напомню, что общая биомасса водорослей (фитопланктона и макрофитов) в Мировом океане (1,7 млрд.т) в 28 раз ниже, чем морских животных (32,5 млрд.т), однако этого оказывается достаточно для обеспечения питанием представителей животного мира океана. Объяснение в том, что в океане продукцию нельзя произвести про запас, так как она тонет, но за счет высокой скорости образования продукции низшей водной растительности компенсируется кажущийся её дефицит у всех животных. Океан более оборотистый по производству и утилизации биомассы, чем суша. В отличие от океана, сухопутные животные обеспечены питанием потому, что биомасса наземных растений в сотни и тысячи раз превосходит биомассу животных.

Ежегодно океан поглощает почти в 2 раза больше солнечной энергии (в среднем 90 ккал/см² в год), чем суша (50 ккал/см² в год), что определяет огромную роль океана в планетарном теплообмене. Основная часть поглощаемой энергии в океане (80%) расходуется на испарение более 500 тыс. км³ воды и обеспечивает глобальный водообмен.

Часть энергии поглощается фитопланктоном, которые производят огромную работу. Фотосинтезирующие водоросли ежегодно извлекают из океана 17,6 млрд. т азота, 2,4 млрд. т фосфора, 50,6 млрд. т кремния. Содержание биогенных элементов в морской воде является индикатором интенсивности протекающих в океане биохимических процессов создания и разрушения органического вещества. Особые проблемы вызывает в морских экосистемах дефицит фосфора и азота. Точнее так содержание фосфора и биомасса фитопланктона в океанах имеет линейную зависимость. Определив содержание фосфат-иона в морской воде можно сразу же по формуле рассчитать плотность фитопланктона. Проблема с фосфором вызвана тем, что морские водоросли в огромном количестве потребляют его. Поглощение РО₄ 100 раз превышает потребность клеток в нем. Т.е. если удобрить фосфором океан, то он будет в скором времени поглощен водорослями. Так как фитопланктон тяжелее воды, то при своей гибели он падает на дно, выводя фосфор из биологического круговорота в геологический. Наибольших концентрации соединения фосфора и железа достигают в глубинных слоях океана и на дне, так как именно здесь протекает деструкция (лат. "destructio" - разрушение) органического вещества.

Воды океана обладают еще одним свойством, обусловленным поглощением тепла, – это термоклин. Термоклин возникает в силу того, что холодные воды тяжелее теплых, в результате перемешивание вод оказывается невозможным. Это правило нарушается в зоне апвеллинга. Специального упоминания заслуживает термодинамический геохимический макробарьер, связанный с зоной апвеллинга (рис. 1), на котором, как полагают многие геологи, происходит образование биохимических месторождений фосфоритов. Схема формирования таких фосфоритовых месторождений обоснована А.В. Казаковым (1950 г.). Она основана на том, что содержание фосфора в воде современных океанов неравномерно по глубине. В верхней зоне толщиной около 50 м, где осуще­ствляется фотосинтез, фосфор активно поглощается фитопланктоном и его концентрация в воде редко достигает 10-50 мг/м³. В следующей зоне в интервале от 50 до 300 - 400 м происходит пассивное погружение отмерших организмов на глубину. В этом слое фосфаты оказываются в поглощенном состоянии и их накопление незначительно. На глубинах от 300 - 400 и примерно до 1000 - 1500 м происходит массовое разложение поступающих сверху остатков организмов и вода насыщается углекислотой. Океаническая вода здесь содержит максимальное количество раство­ренного фосфора – до 200 - 300 мг/м³ и более Р₂О₅, т.е. в 6 - 10 раз выше, чем в первой зоне и приблизительно в 2 - 3 раза выше, чем во второй. На глубинах более 1000 - 1500 м концентрация фосфора в воде опять снижается.

Рис. 1. Схема строения термодинамического гео­химического барьера в зоне апвеллинга: 1 - зона отложения известковых осадков; 2 - зона накопления фосфоритов; 3 - зона максимальных кон­центраций в морской воде растворенных СО₂ и фос­фора; 4 - погружение остатков планктона; 5 - на­правление глубинных течений

Фосфоритовые месторождения в соответствии с гипотезой А.В. Казакова формируются при нали­чии течений, направленных из глубинных частей океана к берегу (апвеллинг). При подъеме холодных и богатых СО₂ и Р2О5 глубинных вод вверх в облас­ти материкового шельфа ввиду падения гидростати­ческого давления и некоторого повышения температуры растворимость в них кальция и фосфора суще­ственно снижается и происходит выпадение карбо­ната и фосфата кальция. Так как насыщение СаСО₃ достигается раньше, кальцит выпадает на несколько больших глубинах, а фосфориты, основным фос­фатным минералом которых является апатит Са₅(РО₄)₃(Р,ОН), - позднее и ближе к берегу. Подъем холодных вод богатых элементами питания водорослей вызывает бурное развитие водорослей, так что формируются наиболее продуктивные экосистемы Земли.

Таким образом, все растворенные вещества поступающие с континентов усваиваются океаном и в итоге складируются на его дне. В открытой части Тихого океана содержание биогенных элементов в верхнем 50-метровом слое практически равна нулю, а в районах апвеллингов – интенсивного подъема глубинных вод, концентрации фосфатов возрастают до 3, а нитратов и кремния – до 20 мкг/л. Фитопланктон в этой цепочке представляет первый трофический уровень.

В порядке роста величины первичной продукции в Мировом океане выделяют области (указаны % площади земной поверхности): дистрофные – 36, олиготрофные – 27, мезотрофные – 18, эвтрофные – 15 и гипертрофные участки – 5. Интенсивность фотосинтеза, выраженная в скорости производства органического вещества (г/м² в год), составляет 37, 110, 235, 365 и 788.