книги из ГПНТБ / Степанов В.Н. Мировой океан. Динамика и свойства вод

шейной концентрации фосфатов. В лабораторных условиях таким путем выделялось до 90% фосфора. Высокие концент­ рации фосфатов действительно отмечаются после свежего ветра.

Благодаря интенсивному потреблению биогенных веществ фитопланктоном содержание их в поверхностном, наиболее продуктивном фотосинтетическом слое, толщиной 100 — 200 м, оказывается не всегда достаточным для активного развития

.жизни. По мере удаления от поверхности океана количество питательных солей быстро нарастает (рис. 56—58). Сразу же за пределами поверхностной структурной зоны (на глубине 200 — 300 м) оно увеличивается в 2 — 4 раза, а в нижней час­ ти промежуточной структурной зоны (ниже 800— 1000 м) кон­ центрация их достигает максимальных значений, мало изме­ няясь затем во всей остальной толще вод океана.

Восполнение биогенных веществ в поверхностном слое за счет выноса их из нижележащих слоев происходит в местах преобладающего подъема вод. Такие условия имеют место в областях расположения макроциркуляционных циклонических систем, а также квазистационарных дивергенций течений (рис. 20). В антициклонических круговоротах и конвергенциях течений возникает дефицит питательных солей, что резко огра-

• ничивает возможность развития первичной продукции. Недо- ■статок растительной пищи ведет к ограничению размножения планктона, рыб и других животных.

2. СОДЕРЖАНИЕ ФОСФАТОВ В ВОДАХ СТРУКТУРНЫХ ЗОН МИРОВОГО ОКЕАНА

Представление о поле фосфатов оказалось возможным по­ лучить благодаря тому, что удалось составить карты для наи­ более характерных глубин. Для этого были использованы кар­ ты из работ Б. С. Волостных, В. В. Мокиевской и Атласа меж­ дународной индоокеанской экспедиции.

Содержание фосфатов в водах поверхностной структурной зоны. Заметная перестройка поля фосфатов происходит с пе­ реходом от поверхностного к нижнему слою этой структурной зоны (рис. 56 и 57). Для поверхностного слоя характерна наи­ более низкая концентрация. Она близка к нулевым значениям во всей низкоширотной части Мирового океана. Причиной тому является поглощение фосфатов фитопланктоном (в условиях преобладания нисходящих движений вод в областях макро­ циркуляционных антициклонических систем, занимающих об-

235

Рис. 57. Концентрация фосфатов в водах Мирового океана (в мкг-атом/л) на глубине 100 м (вверху) и 500 м (внизу).

236

•агарную акваторию тропических и субтропических широт океа­ нов). Несколько повышается содержание фосфатов, до 0,3 — ■0,5 мкг-атом1л, только в экваториальной зоне и восточнотро­ пических частях циклонических круговоротов, где восходящие потоки особенно интенсивны.

В умеренных широтах концентрация фосфатов быстро воз­ растает, достигая 1,5—2,0 мкг-атом/л в полярных облас­ тях. Столь значительное увеличение их содержания происходит несмотря на то, что в умеренных областях биологическая про­ дуктивность становится наиболее высокой. Питательные соли здесь восполняются быстрее их потребления фитопланктоном

•благодаря особо интенсивным восходящим движениям, воз­ буждаемым высокоширотными циклоническими макроциркуляционными системами.

В нижнем слое поверхностной структурной зоны главное изменение поля фосфатов происходит за счет резкого увеличе­ ния их содержания в экваториальной зоне и областях располо­ жения тропических циклонических круговоротов. В восточно­ тропических областях океанов концентрация фосфатов превы­ шает 1,0—1,5 мкг-атом/л, доходя в Тихом океане до 2,0— 2,5 мкг-атом/л. Вынос отсюда вод в экваториальную зону по­ вышает концентрацию фосфатов до 0,5— 1,0 мкг-атом/л. Осо­ бо необходимо отметить их рцст в северной части Индийского океана, достигающий 1,0—1,5 мкг-атом/л.

Столь значительное увеличение концентрации фосфатов в подповерхностном слое объясняется не только усилением роли циклонических систем, в том числе и в Индийском океане (Ара­ вийском море), но и существенным сокращением потребления биогенных веществ фитопланктоном. На глубине 100 м, для которой составлена карта, характеризующая подповерхност­ ный слой, уже заметно уменьшается проникновение солнечных лучей, ограничивающих фотосинтез.

Концентрация фосфатов в водах промежуточной структур­ ной зоны. Значительные различия циркуляции выше и ниже оси промежуточных вод приводят к резко выраженной пере­ стройке поля фосфатов. В верхней части промежуточной струк­ турной зоны (выше 1000 м) оно формируется под влиянием преобладания зонального обращения вод (рис. 57). Поэтому в субтропических антициклонически макроциркуляционных системах концентрация фосфатов понижена до 1,0— 1,5 мкгатом/л. В циклонических круговоротах количество фосфатов повышается примерно до 2,0 мкг-атом/л, а в Тихом океане до 3,0 мкг-атом/л. Исключением является северная Атлантика,

237

где содержание фосфатов почти не увеличивается по сравне­ нию е поверхностными водами; это объясняется тем, что опус­ кание высокосолевых тропических вод, охлаждающихся при выносе в высокие широты, ослабляет эффект, вызываемый североатлантической циклонической системой.

Поле фосфатов прекрасно отражает то положение, что влияние макроциркуляционных систем прослеживается в ос­ новном до оси промежуточных водных масс. На глубине 1000,и еще довольно хорошо проявляются южноантициклонические системы. В области их расположения наблюдается понижение концентрации рассматриваемого биогенного элемента (пример­ но до 2 мкг-атом/л); это не отмечается только в южной Атлан­ тике, где за счет более сильной меридиональной составляющей переноса вод заметного уменьшения количества фосфатов не происходит.

В нижней части промежуточной структурной зоны поле фос­ фатов формируется под влиянием меридионального переноса вод. Это легко устанавливается при сопоставлении карт, по­ строенных для глубины в 1000 и 2000 м (рис. 58).

О содержании фосфатов в водах глубинной структурной зоны. Имеющиеся материалы позволили получить представле­ ние о поле фосфатов по всему Мировому океану на глубине 2000 м. По Атлантическому и Индийскому океанам имеются данные для глубины 3000 и 4000 м. Сопоставление карт, полу­ ченных для этих глубин, показывает, что поле фосфатов почти не меняется.

Анализ всех упомянутых карт подтверждает представление- о все усиливающейся роли меридиональной составляющей в переносе глубинных вод. Наиболее низкое содержание фосфа­ тов в Атлантическом океане, несколько нарастающее к Антарк­ тике, связано с перемещением с севера на юг глубинных севе­ роатлантических вод, в образовании которых большую рольиграют поверхностные, обедненные биогенами воды.

Глубинным антарктическим водам свойственна однородная концентрация фосфатов (около 2,0 мкг-атом/л). Об их участии в образовании глубинных водных масс Индийского и Тихогоокеанов можно судить по постепенному увеличению содержа­ ния фосфатов к северу (до 2,5 — 3,0 мкг-атом/л). Максималь­ ные концентрации фосфатов в этих океанах говорят о том, что» глубинные водные массы здесь слабо обновляются поверхно­ стными водами.

239

Послесловие

Изучение общих закономерностей динамики, структуры и физико-химических свойств вод Мирового океана на основе обобщения и анализа накопленных к настоящему времени данных (океанографических наблюдений и литературных ма­ териалов) позволяет подвести итог нашим представлениям о важнейших особенностях природы океаносферы. Эти исследо­ вания необходимы для познания биологии и биохимии, гидро­ химии, геохимии и геологии Мирового океана. Глубокое пони­ мание всей совокупности процессов, протекающих в океаносфере, позволит уточнить и развить представления о глобальном обмене энергии и веществ, а отсюда об условиях формирова­ ния и изменения природы всей планеты. Эти исследования имеют не только большое научное значение, но они необходи­ мы для решения многих практически важных вопросов.

Все большее внимание мировой общественности привлекают проблемы, возникающие в связи с бурным ростом населения Земли, необходимостью обеспечения его продуктами питания и сырьем для быстро развивающейся промышленности. В реше­ нии этой задачи огромную роль должен сыграть Мировой океан. В нем сосредоточено такое большое количество мине­ ральных, энергетических, растительных и животных богатств, которые — при рациональном их потреблении и искусственном воспроизводстве — могут считаться неисчерпаемыми.

С океаном, где некогда зародилась жизнь на нашей плане­ те, в очень большой степени связано и будущее человечества. По мнению академика С. Г. Струмилина, экономика будущего станет прежде всего экономикой Мирового океана. Освоение его богатств потребует кооперации сил и средств большинства государств мира.

240

Главная задача освоения Мирового океана состоит в том, ■чтобы на основе огромных его естественных ресурсов создать такое же высокоразвитое хозяйство, которое является основой существования человека на суше. Морские промыслы, подобно охоте на суше, должны быть заменены хорошо организован­ ным морским фермерством. Оно необходимо для выращивания и культивирования водорослей, моллюсков и ракообразных. Рыболовство будет полностью вытеснено рыбоводством. Мор­ ское животноводство позволит разводить котиков, каланов, тюленей, моржей и китов. Таким образом можно получить большое количество продуктов питания, кормов для домашних животных и птиц, а также разнообразное сырье для многих видов промышленности. Морская энергетика, морская химия, морская горнодобывающая и перерабатывающая промыш­ ленность станут важнейшими отраслями хозяйственной де­ ятельности людей, позволят резко увеличить мировое произ­ водство предметов потребления и обеспечить занятость расту­ щего населения Земли. Появится множество морских поселе­ ний и морских промышленных городов, в которых будут жить акванавты, призванные вести хозяйственное освоение океана и эксплуатацию его богатств.

Отмечая большую зависимость человека от природы, нель­ зя не подчеркнуть все увеличивающееся воздействие хозяй­ ственной деятельности на среду обитания. Изменение природы происходит во все возрастающих масштабах в результате вы­ рубки лесов, распашки обширных площадей, гидротехнических мероприятий, влияющих на речной сток и режим грунтовых вод, забора большого количества речных, подземных и озерных вод, а также их загрязнения. Соответственно с этим меняется жидкий, газообразный и твердый сток в моря и океаны. В ат­ мосферу промышленные предприятия выбрасывают огромное количество дыма, газов и различных взвешенных веществ. За счет переноса воздушными массами с суши выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания за последние полвека в 5— 10 раз увеличилось содержание свинца в верхнем стометровом слое вод северной части Атлантического и Тихого океанов. Резко возросла в водах океана концентрация углекислого газа. Общеизвестно значительное загрязнение Мирового океана нефтепродуктами и радиоактивными элементами.

Насколько быстро происходит распространение различных веществ в процессе глобального обмена, можно судить, в част­ ности, по обнаружению у антарктических рыб, тюленей и птиц ДДТ и других устойчивых пестицидов, используемых для

уничтожения сельскохозяйственных вредителей. На основании анализа снежного покрова Антарктиды было определено, что на поверхности этого, весьма отдаленного от развитых стран, материка осело около 2300 тонн пестицидов. А ведь они нача­ ли использоваться только в последние два десятка лет!

Академик А. П. Виноградов отмечает, что степень влияния человека на природу уже сейчас становится соизмеримой с масштабами геологических процессов. В дальнейшем же, по его мнению, новая техника может повлечь к таким сложным превращениям химических элементов, вследствие которых из­ менится химический облик земной коры. По некоторым под­ счетам, в результате выброса в воздух углекислого газа, обра­ зующегося при сжигании органического топлива и выделении тепла, атмосфера может начать перегреваться настолько, что возникнет потребность в поисках путей удаления избытков тепла. Уже теперь влияние человека заметно сказывается не только на местном, но и планетарном водо-, тепло- и газооб­ мене.

В свете этих примеров становится понятной необходимость разработки научных основ охраны и преобразования природы для улучшения естественной среды, окружающей человека, и лучшего использования природных ресурсов как на суше, так и в океане. Охрана природы является сложнейшей задачей, ко­ торая может быть лишь частично решена в рамках отдельного государства. Поскольку влияние хозяйственной деятельности человека на окружающую среду достигло глобальных мас­ штабов, изучение этой проблемы должно происходить на осно­ ве всестороннего исследования планетарных процессов, обус­ ловливающих формирование и изменение природы на всем земном шаре. Таким путем можно определить степень допусти­ мого и целесообразного изменения окружающей среды, когда за счет обмена энергии и веществ возможно восстановление динамического равновесия в природе.

Еще более важной задачей является разработка проблемы преобразования природы за счет изменения процессов, проте­ кающих в океаносфере, атмосфере, литосфере и биосфере. Та­ кие изменения должны быть направлены на создание наиболее благоприятных условий для хозяйственной деятельности и су­ ществования людей, повышения продуктивности растений и животных. Этого можно добиться в результате осуществления различных проектов или, что несравненно труднее, путем уп­ равления метеорологическими, гидрофизическими, геохимиче­ скими и биологическими процессами.

242

К настоящему времени предложено множество различных проектов преобразования природы, начиная от локальных из­ менений климата вплоть до коренной смены планетарных ус­ ловий с помощью искусственных рефлекторов, создаваемых вокруг Земли для увеличения притока солнечной энергии. К каким положительным и отрицательным последствиям может привести осуществление того или иного проекта? В какой мере допустимы нарушения взаимодействия и динамического рав­ новесия, существующего в природе?

На первый взгляд может показаться парадоксальным то, что проекты полного переустройства природы Земли, основан­ ные на дополнительном использовании солнечной радиации, мо­ гут иметь значительные преимущества перед частными проек­ тами изменения климата и других естественных условий. Ло­ кальные проекты, улучшая среду обитания в одной части пла­ неты, могут привести к ухудшению их в другом месте. Общее же увеличение солнечной энергии на всем земном шаре (что становится принципиально достижимым в наш космический век), не нарушая отдельных звеньев глобального обмена энер­ гии и веществ, обусловит переход искусственным путем к но­ вому циклу развития планетарных процессов. Подобные из­ менения теплового режима имели место в геологическом прош­ лом Земли.

При разработке научных основ преобразования природы большое внимание должно быть уделено Мировому океану. С процессами, протекающими в нем, связана возможность корен­ ного улучшения природы как в пределах отдельных участков суши, так и на всей планете, что столь важно для улучшения хозяйственной деятельности человека и повышения ее продук­ тивности, а также освоения новых жизненных пространств. По­ этому почти все проекты переделки климата больших участков суши основываются на увеличении притока тепла и влаги с прилежащих морских акваторий. Необходимого изменения теп­ ло- и влагообмена стремятся достичь путем преобразования природы морей и отдельных районов океана.

С развитием исследования Мирового океана, планетарного обмена энергии и веществ появится возможность использова­ ния для разработки проектов преобразования природы расчет­ ных методов, а также различных физических, математических и прочих моделей. Вводя в них возможные сочетания основных взаимодействующих факторов, путем расчетов можно выявить, к каким последствиям повлекут те или иные проекты преобра­ зования природы.

Сейчас ни одно государство, как бы мало или велико оно ни было, не может ограничиться изучением природы только овоей страны. Размещение и запасы естественных ресурсов, темпы их возобновления, а также формирование среды обита­ ния зависят от процессов, протекающих на обширных прост­ ранствах планеты, а нередко и на всем земном шаре. Этим и

Рис. 59. Проект международных исследований Мирового океана на ближай­

определилось стремление к проведению глобальных исследо­ ваний объединенными силами и средствами многих государств мира. Первым таким мероприятием явился Международный геофизический год, приуроченный к периоду повышенной сол­ нечной активности. Через несколько лет была сделана попыт­ ка повторить планетарные исследования во время пониженной интенсивности солнечной деятельности (Международный год спокойного Солнца). В последнее десятилетие общими уси­ лиями ряда государств проводится изучение Антарктики и отдельных районов Мирового океана (экваториальной зоны

244