Петров_К_М_Биогеография_СПб_2001

К настоящим коралловым рифам относятся сообщества, в которых главную роль на морском дне по общей биомассе и продуктивности играют рифостроящие кораллы. Наряду с кораллами в образовании рифа важную роль играют известковые красные водоросли, так называемые литотамнии. Таким образом, коралловый риф в действительности представляет собой коралло- во-водорослевое образование.

Ч. Дарвин впервые выделил три типа рифов: барьерные, окаймляющие и атоллы. Он же выдвинул гипотезу происхождения атоллов, которая в наши дни блестяще подтвердилась.

Атоллы – рифы, имеющие вид кольца или подковы с центральной лагуной внутри. Подобно жемчужным ожерельям светятся они в темносиних водах океана (рис. 11.24)

Рис. 11.24. Атоллы

Стадии образования атолла показаны на рис. 11.25. Согласно Ч. Дарвину, развите атолла начинается с берегового рифа, окаймляющего остров. Последний обычно представляет собой вулканический конус, поднимающийся из глубин океана. В результате жизнедеятельности герматипных организмов на береговом склоне риф начинает разрастаться в сторону моря. Однако после

того как активная вулканическая деятельность прекращается, остров под действием силы тяжести начинает погружаться в земные недра. Кораллы же по мере опускания дна успевают надстраивать риф до уровня поверхности моря. На этой стадии коралловые постройки окружают остров сплошным или прерывистым кольцом, т. е. барьерным рифом, между которым и островом образуется лагуна. Дальнейшее опускание острова приводит к его полному исчезновению, и тогда на поверхности остается лишь рифовое кольцо – атолл с внутренней лагуной.

Коралловые рифы – настоящие оазисы жизни среди пустынных тропических вод (рис. 11.26). Наряду с дождевыми тропическими лесами они относятся к наиболее продуктивным экосистемам Земли. Любопытен парадокс богатства жизни в водах тропических морей, бедных питательными солями. Он объясняется симбиозом коралловых полипов с водорослями.

Жизнь грандиозных рифов полностью зависит от одноклеточных пирофитовых водорослей (Symbiodinium microadriaticum), поселяющихся в тканях кораллов-рифо- строителей. Продукты фотосинтеза водорослей напрямую используются полипами. Ночью коралловый полип как животное переходит на питание планктоном. Тогда продукты пищеварения служат источником биогенных солей для водорослей.

Физиологическая связь между герматипными кораллами и симбиотическими водорослями настолько велика, что ни те, ни другие в природных условиях не могут

жить самостоятельно. Эти кораллы также немыслимы без водорослей, как немыслим без водорослей гриб в теле лишайника. Поэтому симбиотическое сочетание герматипные кораллы – водоросли следует рассматривать как целостный организм, служащий единственным примером животных-проду- центов. Не даром К. Линней включал кораллы

в отряд Lithophyta, что значит “камни-рас- тения”. Известный эколог Ю. Одум пишет, что человек многому может научиться на примере коралловых рифов, в частности как повторно использовать те или иные продукты и как преуспеть в мире со скудными ресурсами.

Глава 12

УЯЗВИМЫЕ ЗВЕНЬЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ МИРОВОГО ОКЕАНА

 начале 1960-х гг., когда стало ясно, что

“неисчерпаемые” запасы сырья на суше стали быстро таять, взоры и мысли обратились к Мировому океану. Делая упор прежде всего на его огромные размеры, заговорили об “океане возможностей”, подразумевая биологические, минеральные, энергетические

èдругие ресурсы, гигантскую емкость как резервуара для сброса отходов производства. Однако вскоре стало ясно, что океан под действием мощного антропогенного пресса оказался весьма уязвимым. И уже сейчас видно, что не с “океаном возможностей”, а скорее с “океаном проблем” будут иметь дело наши потомки в XXI веке, при- чем проблем в основном экологических.

Человечество наносит два удара по природе: во-первых, истощает ресурсы, вовторых, загрязняет ее. Оба эти удара поражают не только сушу, но и океан. Мировой океан является перспективным источником ресурсов. Значительный энергетический потенциал заключен в океанических волнах, приливах, термальных градиентах, морских течениях. Дно океана дает около четверти суммарной мировой добычи нефти. Предполагается, что к 2000 г. морская добыча нефти повысится еще на 50%. По оценкам специалистов, морские ресурсы магнетита, ильменита, рутила, олова, золота, платины

èдругих металлов сопоставимы с их запасами на суше. В железо-марганцевых конкрециях, устилающих дно океана, содержится около 30 элементов таблицы Менделеева. Океан обеспечивает 90% мировой добычи брома, 60% магния, 30% поваренной соли, большую часть алмазов.

Океан служит одним из важнейших источников пищевых ресурсов для челове- чества, поставляя 25% белков животного происхождения. Велико его транспортное значение ` более 75% мирового грузооборота приходится на его долю.

Возрастающая эксплуатация ресурсов Мирового океана уже сама по себе оказывает все более сильное воздействие на его экосистему. Однако имеются и мощные внешние источники загрязнения - это атмосферные потоки и материковый сток. В результате, на сегодняшний день можно констатировать наличие загрязняющих веществ не только в зонах, прилегающих к материкам, и в районах интенсивного судоходства, но и в открытых частях океанов, включая высокие широты Арктики и Антарктики.

В Мировой океан ежегодно сбрасывается более 30 тыс. различных химических соединений, общая масса которых составляет 1,2 млрд т. Загрязнение его вод отдельными веществами приобрело глобальный характер. Самыми опасными загрязнителями, поражающими экосистему океана изза их отравляющего, мутагенного либо канцерогенного действия на морские организмы являются углеводороды (пестициды, нефть и нефтепродукты и др.), токсичные металлы (ртуть, свинец, кадмий, мышьяк и др.) и радиоактивные вещества. Все более опасным для прибрежных районов является микробиологическое загрязнение. Патогенные организмы, в частности кишечная микрофлора, начинают проникать в открытые акватории некоторых морей. Загрязняющие вещества не только непосредственно воздействуют на экосистему океана, но и изменяют физико-химические свойства вод, определяющие газообмен, потоки солнечной радиации и теплоты через его поверхность.

Сгущения и пленки жизни. Жизнь распределена в океане очень неравномерно. В. И. Вернадский выделял две формы концентрации живого вещества: жизненные пленки: на границе газообразной и жидкой сред – планктонная, на границе жидкой и твердой сред – донная, и сгущения жизни. Остальная часть океаносферы представляет собой зону разрежения живого вещества.

Между распределением биомасс планктонной и донной пленок жизни в откры-

том океане существует тесная корреляционная зависимость : акваториям с высокой продуктивностью планктона соответствуют участки с повышенной биомассой бентали (“принцип соответствия” Л. А. Зенкевича).

Сгущения жизни В. И. Вернадский разделял на три типа: прибрежные, саргассовые, рифовые. Позже были открыты еще два: апвеллинговые и гидротермальные рифтовые (рис.12.1).

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, фор-

мирование берегов и подводного рельефа.

Мировой океан как единая система.

Научный подход к решению проблем океана заключается в изучении закономерностей функционирования его как единой природной системы, определении пространственной и функциональной неоднородности, выяснении характера и интенсивности антропогенного воздействия на разные блоки океанической природно-хозяйственной системы. Чтобы понять целое, необходимо рассмотреть взаимодействие его частей (рис. 12.2).

Рис. 12.2. Модель физико-географической и природнохозяйственной структуры океана:

1 – контакт поверхностной толщи океана – гидросферы (Г) с атмосферой (А), зона рыболовства и мореплавания; 2 – контакт океана с сушей (Г,Л,А), прибрежная зона освоения биологических, минеральных, рекреационных и других ресурсов, интенсивного строительства; 3 – контакт океана (Г) с дном – литосферой (Л), в перспективе добыча металлоносных осадков

Рис. 12.1. Пленки и сгущения жизни в Мировом океане, по А. В. Лапо:

I – планктонная пленка жизни.II – донная пленка жизни. III – сгущения жизни: 1 – прибрежное; 2 – саргассовое; 3 – рифовое; 4 – апвеллинговое; 5 – гидротермальное рифовое. IV – апвеллинг. А – область разрежения живого вещества

Океан неоднороден по физико-геогра- фическим 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.

Деятельность человека уже охватывает практически всю акваторию океана, но локализуется в тонких контактных зонах: поверхностная зона служит для рыболовства и мореплавания; прибрежная зона` для получения биологических, минеральных, энергетических, рекреационных ресурсов, интенсивного жилого и промышленного строительства; дно океана ` в перспективе зона добычи полезных ископаемых.

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. Ру- чейки 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 тече- ния в реках довольно высока (в среднем вода из верховьев рек достигает океана всего за 12 дней), отбросы, попавшие в реку у ее истоков за тысячи километров от берега, очень скоро стекут в океан. Площади реч- ных бассейнов огромны (рис. 12.3). 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.

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 фи-

Итак, в структуре океана выделяются контактные зоны, для которых одновременно характерны максимальная напряженность физико-географических и биологи- ческих 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-энергооб- мена 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.

Рассмотрим своеобразие природных процессов в контактных зонах океана, выделяя антропогенные нарушения, которые

открыта и обладает широкими связями с контактными системами. Последнее определяет ее вклад в целостность структуры океана и всей географической оболочки.

Контакт океана с сушей. 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 пределах 500 км от морских побережий; около 50% городов с населением более 1 млн че- ловек расположено около устьев рек и заливов океанов (рис. 12.4). Поэтому огромная масса веществ, в том числе промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов, поступает на мелководья со стоком с суши, замыкающим большой круговорот воды.

имеют негативные последствия. Характерной особенностью функционирования главнейших экосистем океана, формирующихся на разделах геосфер, является единство противоположностей. С одной стороны, каждая из этих систем относительно автономна. С другой стороны, каждая система

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

âпищу. 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.

Âпределах 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.

Современный этап развития береговой зоны океана характеризуется дефицитом рыхлого материала, в связи с чем преобладают процессы волнового разрушения берегов. Поэтому так уязвим баланс наносов

âбереговой зоне. Если человек выбирает 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 снача- ла 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 заражению, которое завершает превращение прибрежных экосистем в черную зловонную мертвую зону.

Контакт океана с атмосферой. Эта граничная поверхность может рассматриваться широко, тогда к ней относится вся фотическая зона, или узко, тогда это поверхностная пленка и первые сантиметры воды.

Ю.П. Зайцев (1974) выделил особую зону жизни в океане (поверхность раздела океан ` атмосфера), назвав еегипонейсталь. 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 луча- ми; 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 отклады-

Рис. 12.5. Обитатели поверхности раздела океана и атмосферы, по Ю.П. Зайцеву:

1 – физалия, или португальский кораблик и сопутствующие ей рыбки номеус; 2 – парусник; 3 – медуза-порпита; 4 – малек кефали; 5 – икринка кефали; 6 – личинка краба

вания икры и выращивания молоди (рис. 12.5).

Главные загрязнители поверхности океана ` нефть и нефтепродукты. Экологи- ческой катастрофой грозят аварии супертанкеров, перевозящих по несколько сотен тысяч тонн нефти. Но основная масса нефтепродуктов сносится в океан с суши. Около 60% загрязнений дает автотранспорт. Это мытье в ручьях автомашин, слив бензина и масла. Капля бензина создает на поверхности воды круг пленки диаметром 30 см. Мальку рыбы, едва он появился из икринки, чтобы заполнить плавательный пузырь, необходимо сделать глоток воздуха. Малек поднимается к поверхности, но там нефтяная пленка. Малек делает глоток и погибает.

Нефтяные пленки, образуемые на поверхности моря разного рода нефтепродуктами, ` настоящее бедствие для обитателей гипонейстали. Эти пленки препятствуют газообмену между океаном и атмосферой, что ведет к дефициту кислорода в воде, экранируют солнечные лучи, практически лишая организмы биологическиактивных инфракрасных и ультрафиолетовых лучей.

Многие углеводородные соединения являются сильно действующими ядами, к которым особенно чувствительны икра и молодь организмов, составляющих основу жизни в гипонейстали.

В.И. Вернадский (1960), 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 (1987) 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 А.П. 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.

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 частич- ная 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