Мировой океан как единая система

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Мировой океан как единая система

Контакт океана с сушей и дном

Контакт океана с атмосферой

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Мировой океан - основная часть гидросферы, непрерывная, но не сплошная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова и отличающаяся общностью солевого состава.

Ученые доказали, что Мировой океан можно считать единой глобальной экосистемой. Даже его части, расположенные в разных полушариях, связаны друг с другом: вода, омывающая сегодня побережье Европы, через десятки лет окажется у берегов Австралии. В отличие от суши, где все живое привязано к тонкому слою почвы, Мировой океан обитаем от поверхности до максимальных глубин. Практически вся толща воды заселена организмами, но распределены они неравномерно.

Зоны «сгущения жизни» расположены на границах между разными средами обитания - у поверхности воды (граница воды и воздуха) и на дне (граница воды и грунта). Наиболее заселена прибрежная зона, где встречаются три стихии: вода, воздух и «твердь». Так же как и на суше обитатели каждой среды обитания чем-то похожи друг на друга. Но в отличие от обитателей пресных водоемов, почвы и наземно-воздушной среды мир обитателей морских глубин более многообразен [2].

Таким образом, Мировой океан - ведущая экологическая система на планете. В связи с актуальностью проблемы загрязнения мирового океана вопросы его изучения стоит наиболее остро. Цель работы - изучить структуру и свойства Мирового океана как экологической системы. Задачи работы:

1. Рассмотреть мировой океан как экологическую систему.

2. Выявить особенности контакта океана с сушей и дном.

3. Рассмотреть особенности контакта океана с атмосферой.

4. Сделать выводы по теме работы.

1. Мировой океан как единая система

Единство океана поддерживается целостностью его экологической системы. Океан заполнен жизнью от поверхности до максимальных глубин. Однако весь процесс биологического круговорота начинается в верхнем, освещаемом Солнцем слое воды. Главным производителем первичной биологической продукции в океане является фитопланктон - микроскопические водоросли (продуценты), плавающие в толще воды. Дальнейшие звенья круговорота состоят из мелких животных, питающихся фитопланктоном, различных хищников, поедающих свои жертвы, детритофагов и микроорганизмов - редуцентов. В цепочке пищевых связей прирост биомассы каждого последующего звена приблизительно в 10 раз меньше, чем предыдущего.

Живое вещество в океане выполняет важную функцию насоса, откачивающего СО₂ из атмосферы. Как известно, сжигание углеводородного топлива обусловливает выброс в атмосферу огромного количества СО₂. Повышение его концентрации в атмосфере вызывает парниковый эффект, глобальное потепление климата. В результате начинают таять ледяные шапки на полюсах, повышается уровень океана. Трансгрессия океана уже сейчас вызывает озабоченность государств Микронезии, население которых живет на атоллах, возвышающихся над поверхностью океана на считанные метры.

Океан захватывает из атмосферы и захоранивает СО₂ в осадочных породах типа известняков и доломитов, а также в толще морской воды, благодаря образованию биомассы живого вещества и растворенной органики.

Разные группы организмов, особенно бактерии и беспозвоночные животные, выделяют растворенные органические вещества, играющие роль пищи и биостимуляторов для членов сообщества. Физиологические системы многих морских организмов являются открытыми, а все сообщество объединяется биохимическими связями по принципу дополнительности: гидробионты выделяют вещества, необходимые для других организмов, и сами включают в свой обмен выделения соседей.

Морская экосистема представляет собой физиологическую целостность. Гибель определенных групп организмов в такой системе можно уподобить удалению железы внутренней секреции, производящей гормоны у высшего животного, а введение в воду ядовитых веществ - инъекции яда. Есть еще одна важная сторона экологического метаболизма - это роль прижизненных выделений в общении гидробионтов. Подобно специфическим ароматическим веществам, выделяемым животными на суше, эти вещества помогают морским обитателям общаться между собой: самцам и самкам находить друг друга, особям определенных видов собираться в стаи, хищникам находить жертву, а жертве избегать хищника. Вторжение чужеродных веществ в океан способно вызвать хаос в поведении гидробионтов, разрушить всю систему биоценотических отношений.

Океаны представляют собой огромные впадины в рельефе Земли. В эти впадины устремляется практически весь сток поверхностных вод суши, промывая самые отдаленные участки земной поверхности. За исключением небольшого числа замкнутых бессточных котловин, земная поверхность промывается атмосферными осадками. Ручейки впадают в реки, реки несут свои воды в моря и океаны и таким образом в загрязнении океана участвуют почти все города и поселки. Поскольку скорость течения в реках довольно высока (в среднем вода из верховьев рек достигает океана всего за 12 дней), отбросы, попавшие в истоки реки за тысячи километров от берега, очень скоро стекут в океан. Площади речных бассейнов огромны.

Океан неоднороден по физико-географическим условиям. Элементы его структуры, отличающиеся по характеру природных процессов, разделяют так называемые активные граничные поверхности, являющиеся в то же время областями бурно протекающих биологических процессов:

1)контакт поверхностной толщи океана с атмосферой;

2)контакт океана с сушей (морские мелководья, шельф);

3)контакт океана с дном [3].

Реки вбирают в себя и несут в океан не только сточные воды городов, но также ядохимикаты и удобрения, которые в больших количествах вносятся на поля.

Устье реки - это точка в береговой зоне. Однако оказываемое стоком рек загрязнение выходит далеко за пределы прибрежных вод. Благодаря мощным циркуляционным процессам, океан представляет собой единое целое. Воды океанов и морей связаны течениями. Даже внутренние моря (например, Черное) обмениваются своими водами с открытым океаном. Течения способны многократно увеличивать площадь загрязнения и переносить ядохимикаты, смытые с полей, за тысячи километров, например к берегам Антарктиды. Здесь они, пройдя по пищевой цепи, обнаруживаются даже в теле пингвинов.

Существуют глубоководные котловины и желоба, которые открыто или тайно используют для захоронения вредных, в том числе радиоактивных, отходов производства. Несмотря на кажущуюся стагнацию вод в котловинах, доказано, что существует медленное перемешивание всей толщи вод Мирового океана. Это должно служить основанием для международного соглашения, запрещающего захоронение ядовитых и радиоактивных отходов в глубинах океана.

Одна из особенностей техногенеза - активное рассеяние металлов. Происходит интенсивная «металлизация» общего фона геохимической среды. Более 30 химических элементов опасны для морских организмов и человека, причем большую часть составляют переходные и тяжелые металлы. Многие из них биофильны, т. е. морские организмы накапливают их в своих тканях, в концентрациях, в десятки, сотни тысяч раз превышающих содержание металлов в морской воде.

Опасность заключается в том, что содержание тяжелых металлов и ядохимикатов увеличивается с продвижением по трофической цепочке. В 1 кг крупной хищной рыбы их содержится примерно столько же, сколько их сконцентрировано в 10 000 кг фитопланктона. По сравнению с пирамидой биомасс пирамида содержания тяжелых металлов и ядохимикатов в экосистеме оказывается перевернутой. Об этом следует знать, поскольку человек питается преимущественно крупными хищными морскими рыбами. Металлы, рассеиваемые человеком в процессе техногенеза, возвращаются к нему в концентрированном виде вместе с морской пищей [1].

В этом состоит еще одна особенность морских экосистем -- в отличие от наземных они не привязаны к отдельной точке в пространстве. На суше круговорот веществ от фотосинтеза до полного разложения органического вещества происходит на ограниченной площади: листья деревьев осенью падают па землю прямо под деревом и здесь же практически полностью разлагаются. В морских экосистемах источник органического вещества может быть отдален от места его разложения на многие сотни километров. Морские течения объединяют в один поток вещества областей, весьма удалённых друг от друга.

Однако морские экосистемы нельзя назвать совсем уж безразмерными. Структура течений подчинена строгим правилам, их потоки не случайны, а вполне закономерны и устойчивы ко времени, В каждом из океанов Земли существует своя система течений -- по обе стороны от экватора постоянные течения образуют несколько круговоротов диаметром в тысячи километров. Каждый большой круговорот можно изучать как самостоятельную экосистему. Круговороты постепенно смещаются в пространстве, отдельные ветви течений, теплые или холодные, усиливаются либо уменьшаются. Кроме того, большие постоянные круговороты порождают круговороты меньшего размера, срок жизни которых измеряется десятками или сотнями лет; они же, в свою очередь, создают круговороты ещё более мелкие. Очертания берегов, глубины, различия в плотности и температуре разных слоев водной толщи нарушают геометрическую правильность круговоротов, усложняя траекторию течений, Жизнь в такой динамичной среде, как водная толща, требует специальных приспособлений. Если размеры организма невелики или плотность его тела равна удельному весу морской воды, то он свободно парит в водной толще, следуя воле течений. Такие организмы называют планктоном. Это и одноклеточные водоросли (диатомовые, перидиниевые, зелёные, общее название для них -- фитопланктон), и многие группы животных (зоопланктон) -- веслоногие раки, эуфаузииды, некоторые креветки, медузы, гребневики. Планктонные животные способны к самостоятельному движению, но в основном они перемещаются по вертикали -- иногда на многие сотни метров из поверхностных слоев в глубинные и обратно.

Животных, активно плавающих в воде, объединяют под собирательным названием нектон. Различие между планктоном и нектоном заключается в способности к самостоятельным миграциям, часто на большие расстояния. Однако с точки зрения потоков вещества и энергии, как планктон, так и нектон принадлежат одной экосистеме -- пелагиали.

Таким образом, в структуре океана выделяются контактные зоны, для которых одновременно характерны максимальная напряженность физико-географических и биологических процессов и деятельность человека, обусловливающая истощение ресурсов и загрязнение. Граничные поверхности при этом не являются непреодолимыми барьерами. Напротив, здесь вещество и энергия интенсивно переходят из одной природной системы в другую. Циклы массо-энергообмена не только связывают географическую оболочку планеты (атмосферу, гидросферу, часть литосферы и биосферу) материки и океаны в единое целое, но и поддерживают устойчивость океана как единой природной системы.

2. Контакт океана с сушей и дном

Жизнь распределена в океане очень неравномерно. В.И. Вернадский выделял две формы концентрации живого вещества. Жизненные пленки охватывают поверхность и дно океана. На границе газообразной и жидкой сред располагается планктонная пленка жизни, на границе жидкой и твердой сред - донная. Сгущения жизни В.И. Вернадский разделял на три типа: прибрежные, саргассовые, рифовые. Позже были открыты еще два типа: апвеллинговые и гидротермальные рифтовые (рис. 1). Остальная часть океаносферы представляет собой зону разрежения живого вещества.

Между распределением биомасс планктонной и донной пленок жизни в открытом океане существует тесная корреляционная зависимость: акваториям с высокой продуктивностью планктона соответствуют участки с повышенной биомассой бентали («принцип соответствия» Л.А. Зенкевича).

Для обеспечения экологического равновесия всей биосферы эти пленки и сгущения жизни в океане играют ключевую роль. Живое вещество океана вносит свой вклад не только в продуцирование биомассы, но и в поддержание газового состава атмосферы, регулирование химического состава океанических вод, процессов образования осадочных горных пород, формирование берегов и подводного рельефа.

В прибрежных мелководьях, занимающих 13% площади океанов, продуцируется 40% органического вещества; здесь вылавливается более 90% рыбы. Вместе с тем это зона наиболее активного антропогенного воздействия. Около 65% населения Земли живет в ределах 500 км от морских побережий; около 50% городов с населением более 1 млн человек расположено около устьев рек и заливов океанов. Поэтому огромная масса веществ, в том числе промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов, поступает на мелководья со стоком с суши, замыкающим большой круговорот воды. Твердый сток при впадении рек в море осаждается лавинно, так что до 90% веществ, выносимых с суши, остается в пределах мелководий и в океан не поступает. Таким образом, морские мелководья являются глобальной геохимической ловушкой, задерживающей большую часть веществ, сносимых с континентов. Морские мелководья - область сгущения жизни, и на их долю приходится основная масса рыбы и морепродуктов, употребляемых человеком в пищу. Относительная замкнутость биохимической системы морских мелководий делает ее особенно уязвимой как в отношении нарушения экологии гидробионтов, так и в отношении биоаккумуляции веществ, опасных для человека.

В пределах морских мелководий выделяется еще более узкая контактная полоска - береговая зона. Важную роль в формировании берегов играет вдольбереговой поток наносов: там, где он не насыщен, образуется дефицит наносов - берега разрушаются морем.

Казалось бы, на современном этапе тектонического развития планеты, когда «раствор гипсометрических ножниц» достиг максимальной величины, можно было бы ожидать поступления с суши в береговую зону огромного количества обломочного материала, насыщения потока наносов и широкого развития пляжей. Сама природа создала гигантский цех строительных материалов, который, как надеялись, с лихвой может обеспечить нужды быстро развивающихся портово-промышленных комплексов и песком, и гравием, и галькой. Однако на изъятие человеком рыхлых наносов из береговой зоны море ответило катастрофически быстрым разрушением берегов. Возникла необходимость проведения дорогостоящих мероприятий по защите инфраструктуры портово-промышленных комплексов от волн.

Оказывается, для стока рек характерен «точечный» вынос осадочного материала. Устья рек - это, как правило, ловушки осадков. Из этих ловушек наносы не попадают на соседние участки береговой зоны [4].

Современный этап развития береговой зоны океана характеризуется дефицитом рыхлого материала, в связи с чем преобладают процессы волнового разрушения берегов. Поэтому так уязвим баланс наносов в береговой зоне. Если человек забирает рыхлый материал, это неминуемо ведет к разрушительным последствиям: исчезают пляжи, а вместе с ними дороги и строения.

Особую проблему создает переудобрение морских мелководий, вызываемое избытком растворенных в воде питательных солей. Последние попадают в море в результате смыва с полей минеральных удобрений. Парадокс состоит в том, что в то время как биопродуктивность большинства морских экосистем сдерживается недостатком биогенных солей, человек навязывает традиционно малоплодородным морским экосистемам избыточное минеральное питание. Экосистемы отвечают на это сначала бурной вспышкой биопродуктивности специфических групп гидробионтов, а затем их гибелью. Уязвимым звеном становится быстрое потребление кислорода. Без растворенного в воде кислорода гибнут практически все животные морских мелководий. Разложение трупов ведет к сероводородному и метановому заражению, которое завершает превращение прибрежных экосистем в черную зловонную мертвую зону.

Срединно-океанические хребты, а точнее, рифтовые разломы, образующиеся в результате расхождения литосферных плит, занимают ключевое положение в геохимии океана. Здесь на глубине около 4000 м при давлении 400 атм происходит постоянный контакт расплавленной магмы с холодными придонными водами. Срединно-океанические хребты - это мощные химические реакторы, где во взаимодействие вступают атомы всех известных находящихся в земной коре элементов. О масштабах геохимических процессов можно судить по тому, что протяженность этого «реактора» около 800 тыс.км, а весь объем океанической воды проходит через него в течение 3 млн лет.

Глубокие трещины - рифты можно сравнить с ранами в тонкой земной коре, через которые сочатся вязкие потоки лавы. Застывая в холодной воде, они превращаются в причудливые нагромождения. Холодная придонная вода (ее температура даже в тропических широтах едва превышает 0 С ), проходя сквозь пористые вулканические породы в недра, нагревается, растворяет содержащиеся в горных породах металлы и обогащается вулканическими газами.

Горячая вода под большим давлением устремляется вверх и выбрасывается в виде подводных гейзеров (гидротерм), температура которых достигает 300-400 °С. Благодаря высокому содержанию сульфидов металлов, вода гейзеров окрашена в черный цвет. Она похожа на черный дым. Поэтому глубоководные рифтовые гейзеры окрестили «черными курильщиками».

Гидротермы напоминают промышленный ландшафт с лесом труб металлургических и химических заводов, из которых валит ядовитый дым. Такая картина на суше стала символом экологической катастрофы. Однако в глубинах океана именно гидротермы в условиях полного мрака и холода служат животворными источниками, создающими оазисы жизни.

Вблизи горячих источников кишат бесчисленные черви и червеобразные существа - вестиментиферы; лежат «морские огурцы» (кукумарии), ползают крабы, кружат рои креветок. Скалы облеплены крупными, величиной с большую тарелку, двустворчатыми моллюсками.

Ключ к разгадке тайны богатой органической жизни находится в высоких концентрациях в водах гидротерм сероводорода и метана. Миллиарды хемосинтезирующих бактерий питаются этими ядовитыми соединениями. Высокая биологическая продуктивность обусловлена прежде всего симбиозом животных с хемосинтезирующими бактериями. Такой способ питания дает ряд преимуществ: бактерии, наполняющие ткани животных и синтезирующие органические соединения, вводят питательные вещества непосредственно в клетки. Когда горячий источник иссякает (он существует несколько десятков лет), ледяные, погруженные в вечный мрак глубины вновь становятся безжизненными.

С «черными курильщиками» связано формирование обширного класса рудных гидротермальных месторождений. Поднимаясь из недр, гидротермы насыщаются не только метаном, сероводородом, но и сернистыми соединениями металлов, главнейшими из которых являются железо, цинк, медь, молибден, серебро, свинец, кобальт, марганец, ванадий, мышьяк и др. По сути дела, «дым» - это настоящая жидкая руда.

При контакте гидротермальных растворов с холодной придонной водой происходят интенсивные геохимические реакции, в результате которых многие минералы выпадают в осадок. В итоге гидротермальный источник обрастает осадочными породами, образующими гигантские конусы высотой с 20-этажный дом (до 50-70 м).

Отложения гидротерм представляют собой весьма богатые полиметаллические руды.

Итак, дно океана - это мощный геохимический фильтр, связывающий тяжелые металлы, поступающие из недр. Инженеры пытаются решить вопрос о промышленной разработке металлоносных осадков. Возникает опасение, что такого рода деятельность нарушит работу геохимического фильтра, и тогда концентрация тяжелых металлов в водах океана быстро возрастет, что представляет опасность как для гидробионтов, так и для человека [2].

3. Контакт океана с атмосферой

Эта граничная поверхность может рассматриваться широко, тогда к ней относится вся доступная солнечным лучам фотическая зона, или узко, тогда это поверхностная пленка и первые сантиметры воды.

В. И. Вернадский, говоря о поверхностной пленке жизни, имел в виду более мощный, освещаемый Солнцем (фотический) слой океана глубиной около 100 м. С ним связана жизнедеятельность фитопланктона - первого звена трофической цепочки в океане.

А. П. Лисицын коренным образом пересмотрел значение живого вещества для осадочного процесса. Если прежде основная роль отводилась обломкам горных пород, выносимым в океан материковым стоком, то теперь установлено, что морские мелководья захватывают практически весь твердый сток с суши. Ведущую роль в питании дна открытого океана осадочным материалом Лисицын отводит его верхнему слою, где, благодаря жизнедеятельности организмов, главным образом диатомовых водорослей, ежегодно возникает огромное количество взвеси, во много раз превосходящее массу осадочного материала, поступающую с континентов. Вместе с осадками из зоны жизнедеятельности фитопланктона уносятся на дно загрязняющие вещества. Это очищает поверхность океана, но загрязняет его дно.

Выделяется особая зона жизни в океане (поверхность раздела океан - атмосфера), называемая гипонейсталью. Эта зона исключительно богата так называемым неживым органическим веществом. Его роль для всех обитателей океана весьма велика - это готовая пища, источник биостимуляторов или ингибиторов. Гипонейсталь хорошо освещается солнцем, в том числе биологически активными инфракрасными и ультрафиолетовыми лучами; она насыщена кислородом. Особое стимулирующее влияние на рост и развитие живых организмов оказывает взбиваемая ветром на поверхности моря пена. В верхних 5 см морской воды наблюдается скопление своеобразных форм жизни. Свыше 90% беспозвоночных и рыб, обитающих в пределах мелководий и в открытой части океана, используют поверхностную пленку как своеобразный инкубатор для откладывания икры и выращивания молоди.

Следует выделить особую роль биофильтра, которую выполняет зоопланктон. Для удовлетворения суточного рациона организмы зоопланктона отфильтровывают около 100 км³ воды в сутки. Вся зона планктона в океане отфильтровывается всего за 20 суток. Образуемые фильтраторами пищевые комочки - пеллеты оседают на дно.

Понятно, что нарушение экологического равновесия в фотической зоне, даже частичная гибель зоопланктона, может привести к сбоям в механизме самоочищения вод океана, а это еще больше усугубит кризисные явления. В последние годы доказано участие атмосферных переносов в загрязнении Мирового океана. Так, вещества континентального происхождения попадают в океан в результате переноса ветром пыли.

По экспериментальным данным среднегодовой поток пыли на поверхность Тихого океана в его экваториальной части составляет 15-30 мкг/м², что соизмеримо со среднегодовой скоростью осаждения взвешенных частиц в морской воде (50 мкг/м²). Это подтверждает положение о том, что атмосферные потоки играют большую роль в процессах морской седиментации и формировании донных отложений в открытой части Мирового океана.

Из атмосферы на поверхность океана оседают как вещества, необходимые для развития жизни, так и ядовитые. Поток важнейшего биогенного элемента фосфора в океан достигает 1,4 .105 т/год.

Свинец, ртуть и другие тяжелые металлы, а также используемые в сельском хозяйстве ядохимикаты, низкомолекулярные нефтяные углеводороды и иные органические вещества в газообразной фазе или во взвешенном состоянии переносятся атмосферными потоками на десятки тысяч километров [4].

экологический мировой океан загрязнение

Заключение

Мировой океан, покрывающий более двух третей поверхности нашей планеты, можно считать единой глобальной экосистемой. Даже его части, расположенные в разных полушариях, связаны друг с другом: вода, омывающая сегодня побережье Европы, через несколько десятков лет окажется у берегов Антарктиды.

В отличие от суши, где его живое привязано к тонкому слою почвы, океан обитаем от поверхности до максимальных глубин. Вся толща воды до глубины 11 000 м (Марианская впадина) заселена организмами, но распределены они неравномерно. Зоны «сгущения жизни» расположены обычно на границах между разными средами -- у поверхности океана (граница воды и воздуха) и на дне (граница воды и грунта). Наиболее заселена прибрежная зона, где «встречаются» сразу три стихии: воздух, вода. Основные местообитания организмов - это вода и дно. Экосистема водной толики называется пелагиаль, а экосистема дна--бенталью. Пелагиаль обычно разделяют на две зоны -- прибрежную или нерипческую, и область открытого океана вдали от берегов - океаническую.

Относительно загрязненности, можно отметить, что по данным ученых, уровень загрязненности Мирового океана увеличивается.

Комитет по проведению подводных работ особого назначения при правительстве Российской Федерации отмечает увеличение уровня загрязнения Мирового океана. Ежегодный сброс разнообразных жидких и твердых отходов производственной деятельности составляет сегодня 30 млн. тонн нефтепродуктов, 50 тыс. тонн пестицидов, 5 тыс. тонн ртути, 6 млн. тонн фосфора, свыше 2 млн. тонн свинца.

Список использованной литературы

1. Бреховских Л.М. Внимая океану. - М.: Советская Россия, 1982.

2. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и здоровье человека. - М.: Гранд, 1998.

3. Родионова И.А. Глобальные проблемы человечества. - М.: АО Аспект пресс, 1994.

4. Степанов В.Н. Мировой океан. - М.: Знание, 1974.

Размещено на Allbest.ru