Даниил Богданов - Тропический океан
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 м 2 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/м 2 в день у тропиков в открытом океане и до 1500 г. С/м 2 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/м 3 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.
Следующая особенность — большая воспроизводимость органических ресурсов в низких широтах — связана с постоянно высокой температурой. Нерест здесь нередко продолжается круглый год. Многие виды рыб (анчоус, сардинелла) и беспозвоночных достигают половой зрелости в 1–2 года.
В связи с большим разнообразием условий среды в тропическом океане живые организмы распределены очень неравномерно. На протяжении многих сотен миль в океане можно почти не встретить признаков жизни и совершенно неожиданно натолкнуться на необычайно большие и плотные скопления разнообразных животных — планктона, мелких и крупных рыб, дельфинов и птиц.
Советский ученый Н. В. Парин исследовал и описал всю совокупность животного мира верхних слоев пелагической зоны океана, пищевые и другие взаимоотношения всех обитающих там организмов. В самое последнее время в Институте океанологии АН СССР под руководством М. Е. Виноградова начата разработка схемы–модели пелагиали тропического пояса до глубины 100–150 м. Определяется количество солнечной энергии, используемой фитопланктоном, который на основе биогенных элементов создает органическое вещество. Изучается превращение энергии и веществ по звеньям пищевой цепи фитопланктон — растительноядный зоопланктон — хищный зоопланктон — рыбы.
В настоящее время еще не все составные части баланса этой экологической системы изучены и выражены количественно. В Институте океанологии АН СССР разработана математическая модель экосистемы (сообщества организмов + среда) верхних слоев тропической пелагиали. В ней учтены: приход энергии, баланс фосфатов и солей азота, фотосинтез, выедание фитопланктона зоопланктоном, размножение зоопланктона и т. д. Слои максимальной концентрации планктона оказались на глубинах 25‑ 40 и 70–90 м. Их обычная толщина 5–10 м. Близ зон подъема вод происходит накопление энергии, а «ниже по течению» — ее расходование (рис. 5).
