Экологические последствия загрязнения мирового океана

1. 2 Характеристика  абиотической среды Мирового океана

     Известно, что вода как среда обитания имеет  ряд специфических свойств, таких, как большая плотность, сильные  перепады давления, относительно малое  содержание кислорода, сильное поглощение солнечных лучей и др. Водоемы и отдельные их участки различаются, кроме того, солевым режимом, скоростью горизонтальных перемещений (течений), содержанием взвешенных частиц. Для жизни придонных организмов имеют значение свойства грунта, режим разложения органических остатков и т. п. Поэтому наряду с адаптациями к общим свойствам водной среды ее обитатели должны быть приспособлены и к разнообразным частным условиям. Согласно этому, в любом водоеме можно выделить различные по условиям зоны.

     В океане вместе с входящими в него морями различают, прежде всего, две  экологические области: толщу воды – пелагиаль и дно – бенталь. В зависимости от глубины бенталь делится на сублиторальную зону – область крутого склона и абиссальную зону – область океанического ложа со средней глубиной 3-6 км. Еще более глубокие области бентали, соответствующие впадинам океанического ложа, называют ультраабиссалью. Кромка берега, заливаемая во время приливов, называется литоралью. Выше уровня приливов часть берега, увлажняемая брызгами прибоя, получила название сублиторали.

     Естественно, что, например, обитатели сублиторали живут в условиях относительно невысокого давления, дневного солнечного освещения, часто довольно значительных изменений температурного режима. Обитатели абиссальных и ультраабиссальных глубин существуют во мраке, при постоянной температуре и чудовищном давлении в несколько сотен, а иногда и около тысячи атмосфер. Поэтому одно лишь указание на то, в какой зоне бентали обитает тот или иной вид организмов, уже говорит о том, какими общими экологическими свойствами он должен обладать.

     Организмы, обитающие в пелагиали, относятся  к пелагосу. Пелагиаль тоже делят на вертикальные зоны, соответствующие поглубине зонам бентали: эпипелагиаль, батипелагиаль, абиссопелагиаль. Нижняя граница эпипелагиали (не более 200 м) определяется проникновением солнечного света в количестве, достаточном для фотосинтеза. Зеленые растения глубже этих зон существовать не могут.  В сумеречных батиальных и полных мрака абиссальных глубинах обитают лишь микроорганизмы и животные.

     Все процессы жизнедеятельности гидробионтов протекают в водной среде, и поэтому, последняя должна обладать определенным набором оптимальных условий, способствующих распределению организмов в водной толще Мирового океана. В связи с этим выделяют несколько абиотических свойств водной среды, прямо и косвенно влияющих на существование морских обитателей.

     Плотность воды – это фактор, определяющий условия передвижения водных организмов и давление на разных глубинах. Плотность природных вод, содержащих растворенные соли, может быть больше, до 1,35 г/см³. Давление возрастает с глубиной примерно в среднем на 1 атм. на каждые 10 м.

     В связи с резким градиентом давления в водоемах гидробионты в целом  значительно более эврибатны  по сравнению с сухопутными организмами. Некоторые виды, распространенные на разных глубинах, переносят давление от нескольких до сотен атмосфер (голотурии, черви обитают от прибрежной зоны до ультраабиссали). Даже пресноводные обитатели, например туфельки, сувойки, жуки-плавунцы и др., выдерживают в опыте до 600 атм. Однако многие обитатели морей и океанов относительно стенобатны и приурочены к определенным глубинам. Стенобатность чаще всего присуща мелководным и глубоководным видам. Только на литорали обитает кольчатый червь пескожил, моллюски морские блюдечки. Многие рыбы, например, из группы удильщиков, головоногие моллюски, ракообразные, погонофоры, морские звезды и др. встречаются лишь на больших глубинах при давлении не менее 400-500 атм.

     Плотность воды обеспечивает возможность опираться  на нее, что особенно важно для  скелетных форм. Опорность среды служит условием парения в воде, и многие гидробионты приспособлены именно к этому образу жизни. Взвешенные, парящие в воде организмы объединяют в особую экологическую группу гидробионтов – планктон. Плотность и вязкость воды сильно влияют на возможность активного плавания. Животных, способных к быстрому плаванию и преодолению силы течений, объединяют в экологическую группу нектона.

     Кислородный режим. В насыщенной кислородом воде содержание его не превышает 10 мл в 1 л, это в 21 раз ниже, чем в атмосфере. Поэтому условия дыхания гидробионтов значительно усложнены. Кислород поступает в воду в основном за счет фотосинтетической деятельности водорослей и диффузии из воздуха. Поэтому верхние слои водной толщи, как правило, богаче этим газом, чем нижние. С повышением температуры и солености воды концентрация в ней кислорода понижается. В слоях, сильно заселенных животными и бактериями, может создаваться резкий дефицит кислорода из-за усиленного его потребления. Например, в Мировом океане богатые жизнью глубины от 50 до 1000 м характеризуются резким ухудшением аэрации — она в 7-10 раз ниже, чем в поверхностных водах, населенных фитопланктоном. Около дна водоемов условия могут быть близки к анаэробным.

     Среди водных обитателей много видов, способных переносить широкие колебания содержания кислорода в воде, вплоть до почти полного его отсутствия (эвриоксибионты). К ним относятся пресноводные олигохеты, некоторые брюхоногие моллюски. Среди рыб очень слабое насыщение воды кислородом могут выдерживать фазан, линь, караси. Вместе с тем ряд видов стенооксибиоенты – они могут существовать лишь при достаточно высоком насыщении воды кислородом (радужная форель, кумжа, гольян, ресничные черви, личинки поденок, веснянок и др.). Многие виды способны при недостатке кислорода впадать в неактивное состояние – аноксибиоз – и таким образом переживать неблагоприятный период.

     Дыхание гидробионтов осуществляется либо через  поверхность тела, либо через специализированные органы – жабры, легкие, трахеи (рыба вьюн через кожу потребляет в среднем до 63% кислорода). Дыхание облегчается также увеличением поверхности. Это достигается в ходе эволюции видов образованием различных выростов, уплощением, удлинением, общим уменьшением размеров тела. Некоторые виды при недостатке кислорода активно изменяют величину дыхательной поверхности (некоторые черви сильно вытягивают тело в длину, гидры и актинии – щупальца, иглокожие – амбулакральные ножки). Многие сидячие и малоподвижные животные обновляют вокруг себя воду, либо создавая ей направленный ток, либо колебательными движениями способствуя ее перемешиванию. Двустворчатым моллюскам для этой цели служат реснички, выстилающие стенки мантийной полости; ракообразным – работа брюшных или грудных ножек. Пиявки, личинки комаров-звонцов (мотыль), многие олигохеты колышут тело, высунувшись из грунта.

     У некоторых видов встречается  комбинирование водного и воздушного дыхания. Таковы двоякодышащие рыбы, сифонофоры дискофанты, многие легочные моллюски, ракообразные и др. Вторичноводные животные сохраняют обычно атмосферный тип дыхания как более выгодный энергетически и нуждаются, поэтому в контактах с воздушной средой, например, ластоногие, китообразные, водяные жуки, личинки комаров и др.

     Нехватка  кислорода в воде приводит иногда к катастрофическим явлениям – заморам, сопровождающимся гибелью множества гидробионтов. Зимние заморы часто вызываются образованием на поверхности водоемов льда и прекращением контакта с воздухом; летние – повышением температуры воды и уменьшением вследствие этого растворимости кислорода. Кроме недостатка кислорода заморы могут быть вызваны повышением концентрации в воде токсичных газов – метана, сероводорода, углекислого газа и др., образующихся в результате разложения органических материалов на дне водоема.

     Солевой режим. Поддержание водного баланса гидробионтов имеет свою специфику. Если для наземных животных и растений наиболее важно обеспечение организма водой в условиях ее дефицита, то для гидробионтов не менее существенно поддержание определенного количества воды в теле при ее избытке в окружающей среде. Излишнее количество воды в клетках приводит к изменению в них осмотического давления и нарушению важнейших жизненных функций.

      Большинство водных обитателей пойкилосмотичны: осмотическое давление в их теле зависит от солености окружающей воды. Поэтому для гидробионтов основной способ поддерживать свой солевой баланс – это избегать местообитаний с неподходящей соленостью. Пресноводные формы не могут существовать в морях, морские – не переносят опреснения. Если соленость воды подвержена изменениям, животные перемещаются в поисках благоприятной среды. Например, при опреснении поверхностных слоев моря после сильных дождей радиолярии, морские рачки и др. спускаются на глубину до 100 м. Позвоночные животные, высшие раки, насекомые и их личинки, обитающие в воде, относятся к гомойосмотическим видам, сохраняя постоянное осмотическое давление в теле независимо от концентрации солей в воде.

      Если  вода гипертонична по отношению к  сокам тела гидробионтов, им грозит обезвоживание в результате осмотических потерь. Защита от обезвоживания достигается повышением концентрации солей также в теле гидробионтов. Обезвоживанию препятствует непроницаемые для воды покровы гомойосмотических организмов – млекопитающих, рыб, высших раков, водных насекомых и их личинок. Многие пойкилосмотические виды переходят к неактивному состоянию – анабиозу в результате дефицита воды в теле при возрастании солености. Это свойственно видам, обитающим в лужах морской воды и на литорали: коловраткам, жгутиковым, инфузориям, некоторым рачкам и др. Солевой анабиоз – средство переживать неблагоприятные периоды в условиях переменной солености воды. Истинно эвригалинных видов, способных в активном состоянии обитать как в пресной, так и в соленой воде, среди водных обитателей не так много. В основном это виды, населяющие эстуарии рек, лиманы и другие солоноватые водоемы.

      Температурный режим более устойчив, чем на суше. Это связано с физическими свойствами воды, прежде всего с высокой удельной теплоемкостью, благодаря которой получение или отдача значительного количества тепла не вызывает слишком резких изменений температуры. Амплитуда годовых колебаний температуры в верхних слоях океана не более 10-15°С. Глубокие слои воды отличаются постоянством температуры. В экваториальных водах среднегодовая температура поверхностных слоев +26…+27° С, в полярных – около 0° С и ниже.

      В связи с более устойчивым температурным  режимом воды среди гидробионтов в значительной степени распространены стенотермные организмы. Наиболее ярким примером являются рыбы-белокровки (около 18 видов), обитающие в холодных водах Антарктиды. Эти рыбы (размеры не более 60 см) уникальны в том, что у них в живом состоянии кровь не красная, как у всех позвоночных, а прозрачная или белая из-за полного отсутствия в ней красных кровяных телец. Кислород переносится не гемоглобином, а кровяной плазмой. Редукция эритроцитов является своеобразной адаптацией, способствующей понижению вязкости крови, что обеспечивает достаточное кровообращение при жизни в ледяных водах Антарктики.

      Эвритермные виды встречаются в основном в  мелких континентальных водоемах и на латорали морей высоких и умеренных широт, где значительны суточные и сезонные колебания температуры.

      Световой  режим. Света в воде гораздо меньше, чем в воздухе. Часть падающих в на поверхность водоема лучей отражается в воздушную среду. Отражение тем сильнее, чем ниже положение Солнца, поэтому день под водой короче, чем на суше. Быстрое убывание количества света с глубиной связано с поглощением его водой. Лучи с разной длиной волны поглощаются неодинаково: красные исчезают недалеко от поверхности, тогда как сине-зеленые проникают значительно глубже. Сгущающиеся с глубиной сумерки в океане имеют сначала зеленый, затем голубой, синий и сине-фиолетовый цвет, сменяясь, наконец, постоянным мраком. Соответственно сменяют друг друга с глубиной зеленые, бурые и красные водоросли, специализированные на улавливание света с разной длиной волны.

      Водоросли в Мировом океане обитают в  освещенной зоне. Глубже других проникают красные водоросли. Чаще они обитают на глубинах до 20-40 м, но если прозрачность воды велика, то встречаются до 100-200 м.

      Окраска животных меняется с глубиной так  же закономерно. Наиболее ярко и разнообразно окрашены обитатели литоральной  и сублиторальной зон. Многие глубинные организмы, подобно пещерным, не имеют пигментов. В сумеречной зоне широко распространена красная окраска, которая является дополнительной к сине-фиолетовому цвету на этих глубинах. Дополнительные по цвету, лучи наиболее полно поглощаются теплом. Это позволяет животным скрываться от врагов, так как их красный цвет в сине-фиолетовых лучах зрительно воспринимается как черный. Красная окраска характерна для таких животных сумеречной зоны, как морской окунь, красный коралл, различные ракообразные и др.

      У некоторых видов, обитающих у  поверхности водоемов, глаза разделяются  на две части с разной способностью к преломлению лучей. Одна половина глаза видит в воздухе, другая – в воде. Такая «четырехглазость» характерна для жуков-вертячек, одного из тропических видов морских собачек (эта рыбка при отливах сидит в углублениях, выставляя часть головы из воды).

      Количество  света в верхних слоях водоемов сильно меняется в зависимости от широты местности и от времени  года. Длинные полярные ночи сильно ограничивают время, пригодное для фотосинтеза, в арктических и приантарктических бассейнах, а ледовый покров затрудняет доступ света зимой во все замерзающие водоемы.

      В темных глубинах океана в качестве источника зрительной информации организмы используют свет, испускаемый живыми существами. Свечение живого организма получило название биолюминесценции. Светящиеся виды есть почти во всех классах водных животных от простейших до рыб, а также среди бактерий, низших растений и грибов.

      Свечение  может и не играть особой экологической роли в жизни вида, а быть побочным результатом жизнедеятельности клеток, как, например, у бактерий или низших растений. Экологическую значимость оно получает только у животных, обладающих достаточно развитой нервной системой и органами зрения. Ряд рыб и головоногих моллюсков, неспособных генерировать свет, используют симбиотических бактерий, размножающихся в специальных органах этих животных.

     Биолюминесценция  имеет в жизни животных в основном сигнальное значение. Например, глубоководные каракатицы, спасаясь от врага, выпускают облако светящегося секрета, тогда как виды, обитающие в освещенных водах, используют для этой цели темную жидкость. У некоторых донных червей – полихет – светящиеся органы развиваются к периоду созревания половых продуктов, причем светятся ярче самки, а глаза лучше развиты у самцов. У хищных глубоководных рыб из отряда удильщиковидных первый луч спинного плавника сдвинут к верхней челюсти и превращен в гибкое «удилище», несущее на конце червеобразную «приманку» - железу, заполненную слизью и светящимися бактериями. Регулируя приток крови к железе и, следовательно, снабжение бактерий кислородом, рыба может произвольно вызывать свечение «приманки», имитируя движение червя и подманивая добычу.