Страница 9 из 19
Для фотосинтеза необходим некоторый оптимум количества света. Если количество света на поверхности превышает эту величину, то максимум фотосинтеза, как определил В. В. Волковинский, смещается с поверхности на глубину 25-50 м. Это характерно для тропических широт. Световой оптимум для тропической Атлантики определен в 60-80 ккал/см2 в день.
В результате локальных подъемов вод на общем фоне малой биологической продуктивности тропических вод резко выделяются районы высокой продуктивности. Первичная продукция здесь достигает очень большой величины, до 1 г и более против обычных 0,05- 0,01 г С/м2/сутки. За пределами зон подъема снабжение поверхностных слоев питательными солями происходит в основном вследствие медленно идущего турбулентного перемешивания.
Кислород в воду поступает из атмосферы и образуется в воде в процессе фотосинтетической деятельности фитопланктона. Максимум активности фитопланктона и соответственно максимум содержания кислорода обычно наблюдается на 25-50 м. Там вода часто перенасыщена кислородом. Но абсолютное содержание невелико, 4- 5 мл/л, из-за малой растворимости кислорода (и других газов) в теплой воде. Глубже содержание кислорода понижается, и на нескольких сотнях метров в тропиках находится слой минимума кислорода (1-3 мл/л). На большей глубине количество его опять повышается. В зонах апвелинга в верхние слои, часто на шельф, выходят воды, содержащие мало кислорода, и это во многих местах влияет на распределение бентоса и рыб.
Когда глубинная вода выходит в верхние слои, она обычно богата питательными солями. Затем в результате биохимического потребления их содержание уменьшается. Вода постепенно из «молодой», только что поднявшейся, становится «зрелой», с малым количеством питательных веществ и обилием фитопланктона. Затем происходит массовое развитие зоопланктона, который выедает микроскопически малые растения фитопланктона. Когда в воде много зоопланктона, а фитопланктона уже мало, то говорят, что вода стала «старой».
В итоге иногда наблюдается чередование разных вод: в области апвелинга - «молодой» воды с солями, но почти без планктона; вниз по течению - «зрелой» воды с множеством фитопланктона; еще ниже - «старой» воды, обычно уже теплой, с большим количеством зоопланктона .
Очень сложен вопрос о влиянии речного стока на биологическую продуктивность вод океана. Часто биохимическое влияние стоковых вод прослеживается очень далеко от устья реки, там, где незаметно даже опреснение. Французский исследователь М. Анго считает, что реки очень повышают продуктивность прибрежных вод. Но, очевидно, это происходит не всюду. Так, есть данные о том, что воды Амазонки не повышают плодородия океанских вод близ устья. По-видимому, это зависит от химического состава речного стока. Реки тропического пояса часто выносят много силикатов и гуминовых веществ, но мало фосфатов и китратов. Увеличение мутности воды у устья приводит к тому, что резко уменьшается толщина слоя фотосинтеза. Повышенное количество силикатов вызывает бурное развитие диатомовых водорослей, и это еще более понижает прозрачность воды и уменьшает толщину слоя фотосинтеза.
Объемы вод океана и речного стока несоизмеримы, и влияние реки ограничивается очень небольшим районом, шириной максимум в несколько десятков миль. Даже влияние величайшей по водоносности реки мира Амазонки прослеживается в сравнительно узкой зоне.
Второй важнейший аспект гидрохимии тропических вод касается вопросов образования осадков - геологии и геохимии. В океанской воде в отличие от речной содержится очень немного углекислого кальция (СаСОз), причем в виде диссоциированных ионов Са(НСОз)2. При высокой температуре воды растворимость газов понижается, и углекислый газ, увеличивающий растворимость углекислого кальция, выделяется из воды. Теплая вода оказывается пересыщенной этой солью, по определениям Ваттенберга - до 300 % .
В результате в поверхностных теплых водах СаСОз имеет тенденцию выпадать в осадок, подобно накипи в чайнике или котле при нагревании воды. Наоборот, на глубинах холодная вода оказывается не насыщенной углекислым кальцием, и там вода растворяет известковые скелеты организмов. Из теплой воды углекислый кальций или составляющие его ионы с легкостью извлекаются животными и растительными организмами бентоса и планктона и используются ими для построения внутреннего и внешнего скелета, раковин и т. д. Эта соль - прекрасный строительный материал, ее много в воде, и, будучи сцементирована органическим веществом, она практически не растворяется. Скорость органогенного осадконакопления на коралловых рифах доходит до нескольких килограммов на 1 м2 площади рифа в год. После отмирания организмов огромные количества органогенного углекислого кальция скапливаются в мелководных районах теплых морей и постепенно, в течение долгого времени, образуют толщи мела и известняка.
Многие сотни коралловых островов, в том числе все атоллы, обязаны своим существованием органогенному осадконакопленито углекислого кальция. Более того, многие гористые вулканические острова тропической зоны были бы уничтожены волнами, если бы их не защищали коралловые рифы.
В некоторых районах (например, па Большой Багамской банке) происходит химическое осаждение углекислого кальция без участия организмов. Там осаждаются кристаллические разновидности - кальцит и арагоннт.
Те остатки организмов, которые попадают па большие глубины, в значительной мере растворяются, и глубже 4000 м карбонатные осадки не формируются. Но па глубинах менее 4000 м в низких широтах за пределами шельфов из остатков организмов образуются карбонатные илы - глобигериновый и птероподовый. Их много в Тихом океане. Таким образом, широкое распространение карбонатных осадков - это вообще характерная особенность тропических и экваториальных широт.
Известняки, мел и другие подобные отложения распространены во многих внетропических районах земного шара, и в частности в отложениях каменноугольного периода палеозоя под Москвой. В этих случаях они являются показателями существования там в отдаленные геологические эпохи условий теплого мелководного моря.
Таким образом, выявляется своеобразная геохимическая роль тропических вод. Углекислый кальций вымывается из горных пород суши, вносится в океан реками всех зон. В океане он перераспределяется: из высоких и умеренных широт, где почти не используется организмами и не отлагается, перемещается в низкие широты и осаждается здесь при деятельном участии организмов, превращаясь в толщи карбонатов.
Образование карбонатных осадков, известняковых рифов, островов и архипелагов определяется в первую очередь не географическим распространением шестилучевых коралловых полипов и других рифообразующих организмов, а пересыщенностью теплых тропических и экваториальных вод углекислым кальцием.
ЖИЗНЬ В ТРОПИЧЕСКИХ ВОДАХ
Общие особенности. В последние годы получено много повых данных о жизни животных и растений в тропическом поясе - их распределении, видовом составе, биомассе. Определена величина первичной продукции и опубликованы соответствующие карты для всех океанов. Величина первичной продукции, т. е. количество органического вещества, вырабатываемого растениями (в основном фитопланктоном) в единицу времени на единицу площади океана, различна в разных районах: около 100 г С/м2 в день у тропиков в открытом океане и до 1500 г С/м2 и больше в высокопродуктивных районах подъема вод (на северо-западе Индийского океана, у западных берегов Африки и Америки).
В соответствии с этим очень различно и количество планктона: десятки миллиграммов на кубический метр в открытых тропических водах (значительно меньше, чем в высоких широтах) и несколько граммов в зонах апвс-линга. Биологическая продуктивность тропических вод по рыбам в общем мала - их биомасса около 1 мг/м3 вдали от берега. Таким образом, одна из особенностей тропических вод - малая биомасса.
Другая особенность - очень большое количество, до десятков тысяч, видов животных (в Индо-Вест-Пацифике). В водах высоких широт обычно наблюдаются большие скопления животных (рыб и др.), по видовое разнообразие очень невелико. Трал в северных водах (и в Субантарктике) приносит обильные уловы (до 10-20 т) почти одного вида рыб (сельдь, треска, морской окунь, нототения). В низких широтах, наоборот, наблюдаются относительно немногочисленные (из-за малого количества пищи) скопления организмов при исключительном видовом разнообразии. Здесь, как правило, уловы небольшие.