Распределение света
Очень большое значение, кроме солёности, температуры и течений, в распределении жизни в океане играет свет и его проникновение вглубь океана. Без света растительные организмы не могут развиваться; чем глубже в воду проникает свет, тем глубже проникают и растения. Прозрачность воды чрезвычайно различна, — она больше вдали от берегов и уменьшается во внутренних морях. Чем больше в воде живых организмов, тем менее вода прозрачна. Очень прозрачные воды морей, особенно красивого густого синего цвета, — это воды, скудные жизнью. Самые прозрачные моря — Саргассово и Средиземное.
Способы измерения прозрачности воды имеют свою историю. Долгое время прозрачность определяли, опуская на глубину белый диск и отмечая тот момент, когда он перестаёт быть видимым с борта корабля. Таким способом прозрачность воды определяется ещё и теперь.
Солнечный свет и свет небесного свода, достигающий поверхности моря, частично отражается, а в определённой части проникает в толщу воды и освещает её на большую или меньшую глубину. Освещённость поверхностных слоёв моря зависит от многих причин: от географической широты места, от сезона года, от облачности, от высоты солнца над горизонтом, от количества и состояния влаги в атмосфере. Чем ниже солнце над горизонтом, тем меньше проникает света под поверхность моря. Что же касается проникновения света в толщу воды, то это обусловливается количеством взвешенных в воде частиц (сестон), как живых (биосестон), так и неживых (абиосестон). Неживые тела в свою очередь можно разделить на минеральные и детрит, или остатки организмов. Количество света, проникающее в толщу воды, и глубина, на которую он проникает, определяют развитие в воде растительных организмов.
Количество света, проникающего под поверхность моря, в северных широтах относительно всегда меньше, чем в южных, вследствие более низкого стояния солнца, однако там это в летнее время в значительной степени компенсируется длительностью дня. В силу этого оказывается, что поверхность полярного моря получает в июне в общем то же количество света, что и под экватором, зато в зимнее время оно оказывается близким к нулю.
Наибольшая прозрачность воды, при определении её с помощью белого диска, была констатирована в Саргассовом море и равнялась 66,5 м. В Средиземном море отмечена прозрачность до 60 м, в Тихом океане до 59 м, в Индийском океане до 50 м. В Баренцовом море прозрачность не превышает 45 м, в Северном море 23 м, в Балтийском 13 м, в Белом 8–9 м. В Азовском море прозрачность не превышает 2,75 м, а в летнее время, когда в воде Азовского моря развивается громадное количество одноклеточных водорослей, прозрачность может составлять всего 10–12 см, т. е. белый диск на этой глубине исчезает из глаз наблюдателя (рис. 48).
Рисунок 48. Сопоставление прозрачности воды Азовского и Саргассова морей.
Хотя в открытых морях свет и проникает на очень большую глубину, однако уже в толще первого метра он теряет половину своей силы, причём красные лучи поглощаются быстрее всего, а голубые и зелёные проникают всего глубже. В дестиллированной воде на глубину в 100 м могут доходить только зелёные, голубые и фиолетовые лучи. Даже человеческий глаз способен улавливать свет на очень большой глубине. Американец Биб, опустившийся в изобретённой им батисфере на глубину 900 м в районе Бермудских островов (Саргассово море), в верхних 50 м наблюдал зелёную окраску воды, на 60 м — зеленовато-синюю или сине-зелёную, на 180 м — ясный синий цвет, на 300 м — слабый черновато-синий и ещё на глубине 580 м улавливал последние следы света. Наиболее необходимые для фотосинтеза красные и жёлтые лучи затухают ранее всего.
| Глубина в м | Части спектра и длина волны | ||
|---|---|---|---|
| жёлтый 6 000 Å | зелёный 5 300 Å | голубой 4 800 Å | |
| 0 | 100 | 100 | 100 |
| 5 | 18 | 35 | 26 |
| 10 | 1,8 | 16 | 7,8 |
| 15 | 0,53 | 7,6 | 3,9 |
| 20 | 0,27 | 5,7 | 2,3 |
| 30 | 0,012 | 0,12 | 0,082 |
При помощи различных приборов (фотографические пластинки, в последнее время различные фотоэлектрические приборы) свет удаётся констатировать на значительно больших глубинах. Однако для развития растительных организмов этого света уже недостаточно. Процесс фотосинтеза требует довольно большого количества света и преимущественно красной части спектра, поэтому уже на глубине 150–200 м даже в самых прозрачных морях растительные организмы исчезают (рис. 49).
Рисунок 49. Проникновение света вглубь моря.
Жить растения могут и на гораздо большей глубине, но процесс фотосинтеза настолько ослабевает, что они уже не могут создать необходимые для их питания вещества. Состояние, при котором процесс фотосинтеза как раз обеспечивает существование самого растительного организма, называют точкой компенсации. Это состояние соответствует обычно очень незначительной глубине (табл. 10).
| Район | Положение точки компенсации в м |
|---|---|
| Саргассово море | 100 |
| Английский канал | 45 |
| Западное побережье Канады | 10–19 |
Растительные организмы, находящиеся глубже, существуют уже, видимо, в условиях светового голодания. Они оказываются здесь в результате постоянного и неизбежного опускания вниз планктонных организмов, лишённых способов активного передвижения.
Нижняя граница распространения донной флоры в Балтийском море всего 20 м, у берегов Исландии 50 м, в Средиземном море 130–160 м. Что же касается наибольшего скопления растений, то оно располагается в более высоких горизонтах, но не в самых поверхностных.
Наибольшее скопление фитопланктона у побережий северо-западной Европы имеет место на глубине 10–30 м, у берегов Калифорнии и в Средиземном море на глубине 25–55 м. Глубже фитопланктон существует в более разрежённом состоянии. Обычно наблюдаемое слабое развитие планктона в поверхностных 10 м может быть следствием неблагоприятного воздействия прямых солнечных лучей, иногда сильного прогрева, иногда значительного опреснения и свойственных поверхностному слою сильных волнений и, само собой разумеется, постоянно идущего процесса опускания под влиянием тяжести.
В распространении растений в море, по сравнению с сушей, имеется несколько характерных особенностей. Растения в море дают картину гораздо более равномерного горизонтального распределения, чем на суше. Это находится в полном согласии с равномерностью распределения в воде света и растворённых питательных солей, отсутствием в воде фактора недостаточной влажности, часто тормозящего развитие растительности на суше, гораздо меньшей амплитудой колебаний температуры, отсутствием, например, таких явлений, как вечная мерзлота и низкая отрицательная температура. Но морские растения распределены более равномерно и по сравнению с морскими животными, поскольку нужные растениям питательные ресурсы — CO2 (+свет) и минеральные вещества — также распределены равномернее, чем питательные вещества для животных. Наконец, растения слабее реагируют в своём распространении на температурный фактор, нежели животные.
С неравномерностью проникновения лучей разной длины волны в толщу воды связано явление вертикальной зональности в преобладающей окраске животных и растений. Животные очень часто бывают окрашены в дополнительный цвет к той части спектра, которая проникает на данную глубину, в результате чего приобретают защитную окраску, кажутся серыми, незаметными. В верхних горизонтах животные большей частью окрашены в буровато-зеленоватые цвета, а глубже в красные. На больших глубинах, лишённых света, животные бывают большей частью или окрашены в чёрный цвет или совсем лишены окраски (депигментированы). Водоросли также дают смену окраски с глубиной — с зелёной на бурую, а дальше красную, в силу чего в самых верхних горизонтах преобладают зелёные водоросли, их сменяют бурые и глубже всего идут красные водоросли. У растений окраска приобретает не защитную роль, как у животных, а приспособительную к наилучшему использованию соответственных лучей спектра в целях фотосинтеза.
Источник
Световые зоны марей и океанов, коэффициент поглощения.
Конспект лекций
Лекция №5. ВЛИЯНИЕ СВЕТА НА ЖИЗНЬ ГИДРОБИОНТОВ.
ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНОЙ И ИОНИЗИРУЮЩЕЙ РАДИАЦИИ.
ЗВУК, ЭЛЕКТРИЧЕСТВО МАГНИТИЗМ.
План
Влияние света на жизнь гидробионтов.
Световые зоны марей и океанов, коэффициент поглощения.
Звук, электричество, магнетизм их влияние на жизнь гидробионтов
Влияние света на жизнь гидробионтов.
Свет прямо или косвенно является одним из обязательных условий существования водных организмов. Для фотосинтезирующих растений он служит единственным источником энергии. Из-за его недостатка они, например, полностью отсутствуют в многокилометровой толще глубинных океанских вод. Реже растения страдают от избытка света и отсутствуют в поверхностном слое воды, когда его освещенность становится для них чрезмерной.
Большинству животных свет нужен для распознавания среды и ориентации движений; часто он имеет сигнальное значение, определяющее многие стороны поведения гидробионтов. Под контролем светового фактора происходят грандиозные миграции зоопланктона и многих рыб, когда каждые сутки миллиарды тонн живых организмов перемещаются на сотни метров с поверхности в глубину и обратно. В ряде случаев обнаружено непосредственное действие света на животных как фактора, влияющего на жизненно важные биохимические процессы, в частности на выработку некоторых витаминов.
Для коловраток Brachionus rubensпрослежено влияние светового фактора на смену форм размножения. Сменой светового режима контролируются у каракатицы Sepia officinalisсроки полового созревания и откладки икры. У моллюсков-прудовиков недостаток освещенности вызывает снижение плодовитости. В очень большой степени зависит от света окраска гидробионтов, которая у ряда животных может даже меняться, обеспечивая маскировку на том или ином фоне.
На гидробионтов влияет не только сила света, но и его спектральный состав. У солнечника Actinophrys sol, культуры которого освещались разным светом, численность особей снижалась с переходом от коротких волн к длинным. Рачки Daphnia pulexинтенсивнее размножались, но были менее крупными при освещении их поляризованным светом. Сильное воздействие на гидробионтов оказывает УФ-облучение. По этой причине, например, крайне бедна эпифауна освещаемой поверхности коралловых рифов. В опытах асцидии, мшанки, губки и другие животные быстро погибали в аквариумах, не экранированных от естественного света, но хорошо чувствовали себя, когда пластиковый экран предохранял их от влияния лучей короче 400 нм. К УФ-облучению выше устойчивость пигментированных животных, и преимущественно ими представлена жизнь у поверхности воды при сильном освещении.
Значение лучей разной длины также неодинаково и для растений. Хлорофиллоносные растения поглощают сильнее всего лучи красной и сине-фиолетовой части спектра. Остальные лучи растения отражают. Вода очень быстро поглощает красные и синие лучи. На 100-метровую глубину в океан проникает менее 1% солнечной энергии, достигшей поверхности воды. Поэтому распространение растений ограничено поверхностными слоями до глубины 150-200 м. Коротковолновые ультрафиолетовые лучи в отличие от видимых свету несут много энергии и обладают сильным бактериоцидным действием. Их участие обязательно при образовании витамина Д путем облучения стеринов. Планктон в верхних слоях водоемов аккумулирует этот витамин.
Сигнальное значение света преломляется через фотодинамический эффект, т. е. через те или иные двигательные реакции. У многих гидробионтов четно выражен фототропизм, причем у планктонных форм он чаше положительный, у бентосных — отрицательный. У подавляющего числа фотонегативных бентосных животных личинки светолюбивы, благодаря чему они некоторое время держатся в толще воды, где находят для себя более благоприятные условия (пища, кислород). Перемещение личинок токами воды обеспечивает малоподвижным бентосным формам возможность широкого расселения в водоеме. С возрастом личинки становятся фотонегатнвными и, опускаясь на дно, переходят к бентосному образу жизни.
Знак фототропизма может зависеть от состояния внешней среды. В условиях резкого дефицита кислорода очень многие представители пресноводного бентоса из фотонсгатнвных становятся фотопозитивными и, ориентируясь на свет, всплывают к поверхности, где респираторные условия лучше. Сходная картина наблюдается в случае резкого повышения концентрации ряда вредных веществ. Высокая освещенность как бы символизирует для животных чистоту воды, поскольку у дна она содержит больше растворенных веществ, чем у поверхности.
В условиях сильного освещения фото позитивные организмы могут приобретать отрицательный фототропизм и уходить от света. По этой причине в прозрачных водоемах во время высокого стояния Солнца многие водоросли перемещаются из самого поверхностного слоя воды на глубину нескольких метров, избегая повреждающего действия излишней радиации. Например, водоросли Gymno-dinium kovalevskyi и Prorocentrium mlcans становятся фотонегатнпнымн при ингибирующей фотосинтез освещенности 20 тыс. лк. Знак фототропизма не представляет собой постоянного свойства организмов, а имеет приспособительное значение.
Ориентируясь на свет, гидробионты находят для себя наиболее выгодное положение в пространстве. Особенно большое значение это имеет для морских планктонных организмов, которые, совершая регулярные суточные миграции, ночью поднимаются к поверхности воды, а днем опускаются на глубину 100—200 м. В большинстве случаев начало подъема и спуска определяется временем наступления той или иной освещенности, и таким образом свет приобретает для организмов сигнальное значение. Значительную роль играет свет и в вертикальных миграциях бентосных форм, когда они всплывают в толщу воды ради расселения, размножения и других потребностей.
Огромное значение имеет свет как источник информации о среде, а также для ориентации движений. В связи с этим у гидробионтов хорошо развиты различные фото рецепторы. Многие морские формы способны к свечению, или биолюминесценции. На глубине более 700 м она свойственна подавляющему большинству гидробионтов от простейших до рыб включительно. Биологическое значение биолюминесценции разнообразно: привлечение особей другого пола (многие полижет), защита (светящаяся завеса многих каракатиц), нодманиванне добычи (некоторые рыбы). У бактерий и простейших свечение, по-видимому, неспецифнчно, будучи побочным эффектом окислительных процессов. Биолюминесценция осуществляется в результате окисления кислородом люциферина в присутствии фермента люциферазы.
У животных свет воздействует на обмен веществ, согревание половых продуктов. С освещением водоемов связано строение животных, развитие органов зрения, осязания, окраска и др. У водных организмов фоторецепция развита несколько слабее, чем у наземных, в связи со сравнительно быстрым угасанием света в воде. По этой же причине гидробнонты отличаются близорукостью. У большинства рыб ближняя граница резкого видения лежит в пределах от 0,1 м до 5 см, хотя их глаза могут фокусироваться на бесконечность. Еще более близоруки беспозвоночные. Очевидно, дальность видения в воде в связи с быстрым поглощением в ней света не имеет такого значения, как на суше. С другой стороны, близорукость полезна для распознавания мелких объектов, которыми очень часто питаются гидробнонты. Так, пресноводная американская рыбка Lepomis хорошо различает двухмиллиметровых рачков на расстоянии I см. Низкая освещенность обусловила способность гидробионтов различать очень слабо освещенные предметы. Так, Lepomis улавливает свет интенсивностью в одну десятнмиллиардную часть дневного, не воспринимаемую человеческим глазом. У глубоководных рыб с огромными, так называемыми телескопическими глазами способность к восприятию слабых световых раздражений еще выше. На глубинах более 6 км зрячие животные, по-видимому, отсутствуют. Зрительный индекс (отношение зрячих форм к общему числу видов) для населения океанов уменьшается с глубиной; на широте 60° ю. т. равное количество слепых и зрячих форм наблюдается на глубине 150 500 м, в тропиках— на глубине 1200— 1400 м (Menzies et а. 1968).
Некоторые водные животные различают поляризованный свет и ориентируют свои движения в соответствии с плоскостью поляризации. Например, моллюски LUtorina littoralis и L.saxatilis четко реагируют на изменение плоскости колебания поляризованного света. По Солнцу и голубому небу (поляризованный свет) ориентирует свои движения бокоплав talitrus saltalor: если поместить над рачком поляроид и начать его вращать, то соответственно поворачивается и рачок. Такая же реакция обнаружена у рака Еира-gurus bernhardus, краба Uca tangari.
Водные животные обитают при самых различных световых режимах. У многих организмов реакция на свет меняется по мере их роста. На ранних стадиях развития животные обитают преимущественно в поверхностных горизонтах, а взрослые особи – в условиях меньшей освещенности. Но случается и наоборот, например молодь лососевых рыб держится в укрытиях. Под влиянием света идут биологические ритмы определяемые продолжительностью дня (фотопериодом), бывают двух типов: 1 тип обеспечивает совпадение размножения с благоприятным для жизни гидробионтов сезоном.2-ой тип характеризуется возникновением у организмов диапаузы. Диапауза – физиологическое состояние организма, характеризующееся временной приостановкой роста и развития и резким снижением обмена веществ. Диапауза наступает до наступления неблагоприятных условий.
У многих животных главным образом морских известны лунные ритмы. Так полихета Палоло (Eunice viridis) у островов Полинезии для размножения поднимается к поверхности воды в продолжение первой лунной четверти в октябре и ноябре.
Свет, падающий на поверхность воды, частично отражаясь от нее, проникает в глубину, где поглощается и рассеивается молекулами воды, а также находящимися в ней частицами. При отвесном падении радиации она отражается на 2%, с уменьшением угла падении до 30 и 5″ — на 25 и 40% соответственно. Если гладкость водной поверхности нарушается (волнения), степень отражения падающей радиации заметно возрастает. Например, в отсутствие ветра она составляет
5 %, а при легком и сильном — соответственно 15 и 30%.
В озерах и водохранилищах с прозрачностью 1 — 2 м на глубину 1 м проникает не более 5—10% энергии всей поступившей радиации, глубже 2 м от нее остаются только десятые доли процента, что составляет 0,015—0,04 Дж/см 2 мин. В больших чистых озерах и морях с прозрачностью 10 — 20 м солнечная радиация пропикает глубже и обычно в 10 м от поверхности равна 0,20— 0,4 Дж/см 2 мин, в 20 м — 0,04 — 0,08 и в 30 м — 0,002 — 0,004 Дж/см 2 мин.
Световые зоны марей и океанов, коэффициент поглощения.
В морских и океанических водоемах в зависимости от распределения света в толще воды выделяют 3 световые зоны:
1. Эвфотическая зона – в этой области водоема благодаря хорошей освещенности происходит фотосинтез растений. Нижняя граница этой зоны в зависимости от воды и других факторов располагается на равной глубине, в пелагиали 50-100 м, в бентали до 200 м.
В пресных водоемах, ввиду их меньшей прозрачности фотосинтезирующие растения обычно не вегетируют глубже 30 м. Однако этот показатель сильно варьирует в зависимости от физических параметров. В горных прозрачных озерах растения опускаются на глубину 70-75 м, в озере Байкал обнаружены диатамии на глубине 115 м.
В пределах эвфотической зоны обитает да 80% основной массы гидробионтов.
Дисфотическая или сумеречная зона. Эта зона распространяется до глубины 1000-1500 м. Растений здесь практически нет, но на глубине свыше 1000 м в ряде районов Мирового океана были обнаружены представители наннофитопланктона. Установлено, что они могут давать годовой продукции не меньше, чем водоросли эвфотической зоны.
Афотическая или зона вечной тьмы. Видовой состав численность и масса животных с увеличением глубин становятся все более бедными. Резко уменьшается количество плотоядных животных (медузы, щетинкочелюстные, креветки, рыбы и др.) до глубины 6000-7000 м основную часть населения составляют веслоногие5 и мизиды, а далее увеличивается роль гаммарид и полихет.
Скорость затухания света зависит от свойств воды и выражается коэффициентом поглощения представляющим собой отношение энергии, задержанной слоем воды толщиной в один метр, ко всей энергии, проникшей в него. Коэффициент поглощения тем выше, чем ниже прозрачность воды и интенсивнее ее окраска. В качестве показателя прозрачности берется глубина, на которой еще различим погружаемый в воду белый диск (диск Секки). Прозрачность измеряемая с помощью диска Секки, достаточно точно отражает степень мутности, т.е. мало зависит от сезона года, времени дня и географической широты местности.
Дата добавления: 2018-06-27 ; просмотров: 801 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник