Міністерство освіти та науки України
ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА МОРСЬКА АКАДЕМІЯ
Кафедра „ Безпека життєдіяльності ”
Методичні вказівки
до виконання практичної роботи № 8
з дисципліни
„Основи екології”
Напрям підготовки 1030
„Судноводіння і енергетика суден”
Розглянута та схвалена
на засіданні кафедри „БЖ”
„____”____ 2010 р. протокол № ___
Зав. кафедрою „БЖ”
Проф. ___________Колегаєв М.О.
ОДЕСА 2010
Методичні вказівки підготували доцент кафедри ”БЖ” Касілов Ю.І. та асистент Крайнова В.І., відповідно з навчальним планом і програмою дисципліни „Основи екології”.
Тема: Мировой океан как экосистема. Ресурсы мирового океана. Технико-экономические и природоохранные проблемы мирового океана.
Цель занятия: Рассмотреть Мировой океан как составную часть биосферы Земли. Ресурсы мирового океана: биологические, минерально-сырьевые и энергетические. Рассмотреть тенденции в природопользовании данной экосистеме и дать анализ последствиям антропогенного влияния на морскую среду
Содержание
1. Введение.
2. Мировой океан как экосистема.
2.1 биогеографическое районирование мирового океана, зональное
распределение гидробионтов.
2.2 закономерности распространения гидробионтов в Мировом океане.
3. Ресурсы Мирового океана.
4. Тенденции в природопользовании Мирового океана.
5. Антропогенное влияние на морскую среду.
1. МИРОВОЙ ОКЕАН
Нашу планету вполне можно было бы назвать Океанами так как площадь, занимаемая водой, в 2,5 раза превышает территорию суши. Океанические воды покрывают почти 3/4 поверхности земного шара слоем толщиной около 4000 м, составляя 97 % гидросферы, тогда как воды суши содержат всего лишь 1 %, а в ледниках сковано только 2 %. Мировой океан, являясь совокупностью всех морей и океанов Земли, оказывает огромное влияние на жизнедеятельность планеты. Огромная масса вод океана формирует климат планеты, служит источником атмосферных осадков. Из него поступает более половины кислорода, и он же регулирует содержание углекислоты в атмосфере, так как способен поглощать ее избыток. На дне Мирового океана происходит накопление и преобразование огромной массы минеральных и органических веществ, поэтому геологические и геохимические процессы, протекающие в океанах и морях, оказывают очень сильное влияние на всю земную кору. Именно Океан стал колыбелью жизни на Земле; сейчас в нём обитает около четырёх пятых всех живых существ планеты.
I. Мировой океан обладает известной симметрией, относительно проявления ряда важнейших факторов среды и в следствии этого в распределении морских гидробионтов просматривается соответствующая закономерность, повторяемость, создающая специфическую структуру Мирового океана.
а) Первая плоскость биологической симметрии рассекает Мировой океан по экватору на северную и южную плоскости, в каждой из которых просматривается схожие черты в распределении гидробионтов. К таким проявлениям симметрии относятся, в частности биполярное распределение ряда форм, сходство изменения видового и количественного состава
Населения с протяжением от экватора к обеим плоскостям.
б) Вторая биологическая симметрия делит воды Мирового океана, лежащие в Западном и Восточном полушарии. Прослеживается немало черт сходства в населении Тихого и Атлантического океанов, о чём говорит явление амфибореальности.
в) Наконец третий плоскости симметрии делит на две части каждый из 2-х участков Мирового океана, находящихся соответственно в Западном и Восточном полушариях. Примером этой симметрии может служить амфипацифическое и амфиатлантическое распределение многих гидробионтов. В каждой из 8 -ми частей Мирового океана, образованных пересечением 3-х указанных плоскостей симметрии наблюдается известная повторяемость в распределении как пелагических, так и донных гидробионтов.
Место обитания гидробионтов.
Водная оболочка Земли, в которой обитают гидробионты, может быть подразделена на Мировой океан, континентальные водоёмы и подземные воды.
Мировой океан - образован собственно океаном и его периферическими прилегающими к суши частями - морями.
Средняя глубина Мирового океана равна 3760 м, максимальная 11035 (Мариинская впадина).
В своей периферической части Мировой океан покоится на материковом плато, которое характеризуется очень плавным и небольшим понижением суши до глубины 200-500 м. За материковым плато отделенный от него континентальным гребнем лежит довольно крутой спускающийся склон, переходящий на глубине 3-4 км в ложе океана.
Бенталь океана.
Область материкового плато, называется материковой отмелью или континентальным шельфом, который подразделяется на 3 зоны.
1 .Супралитораль - часть берега выше уровня прилива или зона заплесков.
2.Литораль - прибрежная, периодическая заливаемая водой во время приливов и обнажающаяся во время отлива.
3.Сублитораль - простирается до нижних границ донных растений.
Материковый склон занимает бенталь, переходящий в области океанического ложа абисаль, которая на глубине большой 6-7 км получило название ультроабисаль.
Пелагиаль - океана делится на прибрежную или неретическую зону, лежащей над областью материковой отмели, и океаническую, которая лежит над зонами бентали и абисали.
I. Особенности населения различных широтных зон.
Обуславливается главным образом закономерным изменением температурного режима в районах континентального шельфа и в поверхностном слое воды океана по мере продвижения от полюсов к экватору, при этом количественные показатели развития пелагических и бентностных организмов с продвижением в низкие широты обычно снижаются.
Рассмотрим пример.
Средиземное море, биомасса планктона в 10 раз меньше, чем в Северном море и в 20 меньше, чем в Гренландии. Как показали исследования, с продвижением из умеренных зон к экватору биомасса зоопланктона в Тихом океане снижается в 5-10 раз, бентоса в 40- 80 раз, рыб в 2-3 раза. Например, биомасса зоопланктона в слое 0-4000м (под 1 м2 поверхности) достигает в тропиках всего 5-10 граммов, а в умеренных широтах 200 грамм (М. Виноградов).
Основная причина количественной бедности населения тропической зоны, заключается в недостатке биогенов, ограничивающее развитие продуцентов и соответственно, консументов. Бедность поверхностного слоя тропических вод питательными солями, прежде всего, объясняется очень слабым выносам их сюда из глубины, так как из-за слабых колебаний суточных температур перемешиваемость воды в этих районах очень незначительная. В некоторых тропических районах, где перемешиваемость выше, количество организмов сразу возрастает. Такая картина наблюдается, в частности, в области межпассатного (экваториального) противотечения, и некоторых других районах. Помимо бедности биогенами, количественная бедность населения связанна и с высокой температурой. С повышением её (температуры) интенсивность обмена веществ у организмов растёт, и для существования одной и той же биомассы требуется больше энергии. Другими словами, за счёт одного и того же количества фитопланктона в высоких широтах, может существовать большое количество животных, чем в тропических водах.
В противоположность количественным показателям, видовое разнообразие гидробионтов, с продвижением к тропикам не убывает, а возрастает. Посмотрим на примере видового разнообразия рыб. Юкона- 14 видов. Печёра - 29 . Енисей - 39. Конго - 400. Амазонка - 748
Согласно академику Зенкевичу (1956), важнейшей причиной, обусловившей исключительно высокое разнообразие население тропиков, следует считать огромность их акватории и изрезанность береговой линии (в 10-12 раз выше, чем в высоких широтах) благодаря чему создаётся больше биологических условий. С продвижением к экватору происходит не только увеличение видового богатства, но и характеризует изменение в соотношении численности подпункту групп Например, количество диатомовых в низких широтах падает, а перидинеевых -возрастает. Для тропической зоны характерны многие виды и целые группы, отсутствующие в высоких широтах (это крылоногие моллюски, коралловые полипы, сифонофоры). Как правило, размеры гидробионтов мельчают, с продвижением из высоких широт в низкие. Разнообразие Temisto
Франция 6-7 мм. Норвегия 12-16 мм. Гренландия 25-30 мм.
Так в принципе, со всеми группами организмов. Наряду с мельчанием животных происходит снижение их жирности.
Особенности населения различных горизонтов океана.. Это связан, прежде всего, с исчезновением солнечного света на определённой глубине, изменением термики (увеличением давления), ухудшения условий питания.
С продвижением в глубину происходит, прежде всего, резко обеднение видового состава. Примерно из 140 тыс. видов известных для океана животных:
Глу би на ->5- 6 км - 600-700 видов.
> 8-км -> 120 видов.
Состав и распределение жителей пелагиали.
К основным экологическим группировкам пелагических организмов относятся бактериопланктон, фитопланктон, зоопланктон, нектон.
1. Бактериопланктон - встречается на всех глубинах, но с продвижением вглубь его численность резко снижается. Например. Тихий океан, на глубине 250-500 метров его численность в 10 и в 100 раз ниже, чем на поверхности (Сорокин, 1962). Суммарное количество обычно колеблется в пределах от 10 до 10000 в 1 мл. Фитопланктон. В видовом отношении наиболее богато представлен перидинеями и диатомовыми. Суммарное количество фитопланктона в Мировом океане оценивается в 105 млрд. тонн (Бочаров, 1965). С продвижением к полюсам, а так же с похолоданием воды относительное количество диатомовых возрастает, перидинеевых падает. В южных морях число видов число видов диатомовых водорослей заметно снижается, а перединеевых повышается.
2. Основная масса фитопланктона морей сосредоточена в слое 100-150 метров, причём максимум находится в умеренных и высоких широтах, приурочена к самому поверхностному слою, в тропических, где вода прозрачней и солнечная радиация выше, смещается на глубину 10-15 метров.
3. Зоопланктон по своему видовому составу представлен разнообразием около 1200 видов. Большое число видов простейших - около 400 видов, кишечно-полостные, моллюски - 180 видов. Суммарное количество зоопланктона оценивается в 22,5 млрд. тонн.
4. Нектон в основном представлен рыбами, млекопитающими, головоногими моллюсками и высшими раками.
Из морских рыб наиболее многочисленны: в северном полушарии сельдевые (сельдь, хамса, килька), трековые (треска, килька, сайра, навага), окунеобразные (скумбрия, тунец, морской окунь, ставрида).
Китообразные встречаются преимущественно в бариальных и натальных широтах. Головоногие моллюски представлены преимущественно кальмарами. Среди нектонных ракообразных наиболее многочисленны креветки. Суммарное количество нектонных организмов в Мировом океане оценивается в 1 млрд. тонн.
Состав и распространение бентоса. В наибольшей степени определяется характером грунтов, а также температурным, солнечным и кислородным условиями. К главнейшим группировкам экологического бентоса относятся: а) бактериобентос, б) фитобентос, в)зообентос.
Бактериобентос представлен во всех океанических глубинах, хотя на мелководье он обычно богаче. С продвижением от поверхности грунта вглубь, количество бактерий обычно снижается, причём нередко в сотни и тысячи раз.
Фитобентос - в основном представлен бурыми, красными и зелёными водорослями. Суммарное количество фитобентоса в Мировом океане в 200 млн. тонн. В северных морях хорошо прослеживается снижение видового состава фитобентоса с продвижением в высокие широты.
Зообентос представлен самыми разнообразными группами животных. Суммарное количество зообентоса в Мировом океане оценивается в 10 млрд. тонн (Бочаров, 1965). На материковом шельфе биомасса бентоса составляет в среднем 200 г/см2. Глубина 200-300 м - 20/м2; на глубинах абиссали - 0,03-0,08 г/м2.
С продвижением из высоких широт в нижние видовое разнообразие зообентоса в соответствии с общими правилами повышается. Однако эта закономерность применима к эпифауне, но не к генфауне.
РЕСУРСЫ МИРОВОГО ОКЕАНА
В наше время, «эпоху глобальных проблем». Мировой океан играет всё большую роль в жизни человечества. Являясь огромной кладовой минеральных, энергетических, растительных и животных богатств, которые — при рациональном их потреблении и искусственном воспроизводстве — могут считаться практически неисчерпаемыми. Океан способен решить одни из самых остро стоящих задач: необходимость обеспечения быстро растущего населения продуктами питания и сырьём для развивающейся промышленности, опасность энергетического кризиса, недостаток пресной воды. Основной ресурс Мирового океана — морская вода. Она, содержит 75 химических элементов, среди которых такие важные, как уран, калий, бром, магний. И хотя основной продукт морской воды всё ещё поваренная соль — 33 % от мировой добычи, но уже добываются магний и бром, давно запатентованы методы получения целого ряда металлов, среди них и необходимые промышленности медь и серебро, запасы которых неуклонно истощаются, когда как в океанских водах их содержится до полмиллиарда тонн. В связи с развитием ядерной энергетики существуют неплохие перспективы для добычи урана и дейтерия из вод Мирового океана, тем более что запасы урановых руд на земле уменьшаются, а в Океане его 10 миллиардов тонн, дейтерий вообще практически неисчерпаем — на каждые 5000 атомов обычного водорода приходится один атом тяжелого. Помимо выделения химических элементов морская вода может быть использована для получения необходимой человеку пресной воды. Сейчас имеется в наличии много промышленных методов опреснения: применяются химические реакции, при которых примеси удаляются из воды; солёную воду пропускают через специальные фильтры; наконец, производится обычное кипячение. Но опреснение не единственная возможность получения пригодной для питья воды. Существуют донные источники, которые всё чаще обнаруживаются на континентальном шельфе, то есть в областях материковой отмели, прилегающей к берегам суши и имеющее одинаковое с ней геологическое строение. Один из таких источников, расположенный у берегов Франции - в Нормандии, дает такое количество воды, что его называют подземной рекой.
Минеральные ресурсы Мирового океана представлены не только морской водой, но и тем, что "под водой". Недра океана, его дно богаты залежами полезных ископаемых. На континентальном шельфе находятся прибрежные россыпные месторождения — золото, платина; встречаются и драгоценные камни - рубины, алмазы, сапфиры, изумруды. Например, вблизи Намибии идут подводные разработки алмазного гравия уже с 1962 года. На шельфе и частично материковом склоне Океана расположены большие месторождения фосфоритов, которые можно использовать в качестве удобрений, причём запасов хватит на ближайшие несколько сот лет. Самый же интересный вид минерального сырья Мирового океана — это знаменитые железомарганцевые конкреции, которыми покрыты громадные по площади подводные равнины. Конкреции представляют собой своеобразный «коктейль» из металлов: туда входят медь, кобальт, никель, титан, ванадий, но, конечно же, больше всего железа и марганца. Места их расположения общеизвестны, но результаты промышленной разработки пока ещё очень скромны. Зато полным ходом идёт разведка и добыча океанской нефти и газа на прибрежном шельфе, доля морской добычи приближается к 1/3 мировой добычи этих энергоносителей. В особо крупных размерах идёт разработка месторождений в Персидском, Венесуэльском, Мексиканском заливе, в Северном море; нефтяные платформы протянулись у берегов Калифорнии, Индонезии, в Средиземном и Каспийском морях. Мексиканский залив к тому же знаменит открытым во время разведки нефти месторождением серы, которая вытапливается со дна с помощью перегретой воды. Другой, пока ещё нетронутой кладовой океана являются глубинные расщелины, где образуется новое дно. Так, например, горячие (более 60 градусов) и тяжелые рассолы Красноморской впадины содержат огромные запасы серебра, олова, меди, железа и других металлов. Всё более и более важное значение принимает добыча материалов на мелководье. Вокруг Японии, к примеру, откачивают по трубам подводные железосодержащие пески, страна добывает из морских шахт около 20 % угля - над залежами породы сооружают искусственный остров и бурят ствол, вскрывающий угольные пласты.
Многие природные процессы, происходящие в Мировом океане, — такие как течения, — являются неистощимыми энергетическими ресурсами. Например, суммарная мощность приливной энергии Океана оценивается от 1 до 6 миллиардов кВт.ч. Это свойство приливов и отливов использовалось во Франции аж в средние века: в XII веке строились мельницы, колёса которых приводились в движение приливной волной. В наши дни во Франции существуют современные электростанции, использующие тот же принцип работы: вращение турбин при приливе происходит в одну сторону, а при отливе — в другую. Главное богатство Мирового океана — это его биологические ресурсы, которые насчитывают 150 тыс. видов животных и 10 тыс. видов водорослей, а общий объём оценивается в 35 миллиардов тонн, чего вполне может хватить, чтобы прокормить 30 миллиардов человек. Вылавливая ежегодно 85— 90 миллионов тонн рыбы, на неё приходится 85 % от используемой морской продукции, моллюсков, водорослей, человечество обеспечивает около 20 % своих потребностей в белках животного происхождения. Живой мир Океана — это огромные пищевые ресурсы, которые могут быть неистощимыми при правильном и бережном их использовании. Максимальный вылов рыбы не должен превышать 150—180 миллионов тонн в год: превзойти этот предел очень опасно, так как произойдут невосполнимые потери. Многие виды рыб, китов, ластоногих вследствие неумеренного промысла почти исчезли из океанских вод, и неизвестно, восстановится ли когда-нибудь их поголовье. Но население Земли растёт бурными темпами, всё больше нуждаясь в морской продукции. Существует несколько путей поднятия её продуктивности. Первый - изымать из океана не только рыбу, но и зоопланктон, часть которого — антарктический криль. Можно без всякого ущерба для Океана вылавливать его в гораздо больших количествах, чем вся добываемая в настоящее время рыба. Второй путь — использование биологических ресурсов открытого Океана. Биологическая продуктивность Океана особенно велика в области подъёма глубинных вод. Один из таких апвеллингов, расположенный у побережья Перу, даёт 15 % мировой добычи рыбы, хотя площадь его составляет не более двух сотых процента от всей поверхности Мирового океана. Наконец, третьи путь — аквакультура разведение живых организмов, в в прибрежных зонах. Все эти три направления успешно опробованы во многих странах мира. Океан, будучи кладовой, разнообразнейших ресурсов, также является удобной дорогой, которая связывает удаленные друг от друга континенты и острова.
Морской транспорт обеспечивает почти 80 % перевозок между странами, служа развивающемуся мировому производству и обмену.
Мировой океан может служить переработчиком отходов. Благодаря химическому и физическому воздействию своих вод и биологическому влиянию живых организмов, он рассеивает и очищает основную часть поступающих в него отходов, сохраняя относительное равновесие экосистем Земли. В течение 3000 лет в результате круговорота воды в природе вся вода Мирового океана обновляется.