Жизнь в океане: как рельеф, климат и человек влияют на морские биоценозы

Океан — основной источник жизни на планете Земля. Жизнь в океане существует везде: в перегретых термальных водах, многовековых льдах Антарктиды. Она возникла в первичном океане примерно 4,5 млрд лет назад и будет существовать, пока существует океан и планета Земля.

Наша задача — устранить все факторы, затрудняющие нормальное существование всех видов живых существ, населяющих планету, включая человека. Это повсеместная борьба со всеми видами загрязнения — за экологически чистую Землю.

литораль во время отлива

Сублитораль с богатой флорой и фауной и глубоководная абиссаль

Как оценивают морские биоценозы

В океанологии и морской биологии для количественного сравнения различных биоценозов используют показатели плотности и биомассы (например, количество организмов на кубический метр). Однако такое деление на зоны основано прежде всего на экологических и географических признаках, а не только на количестве организмов. В каждой зоне свои типичные плотности и биомассы, но эти показатели могут сильно меняться в зависимости от сезона, течений, продуктивности и других факторов.

Основные биономические зоны моря

Количественные показатели (например, число организмов в объёме воды) используются для характеристики этих зон, но не являются единственным или главным критерием их выделения.

«Зоны без жизни»: причины возникновения

К основным причинам возникновения «таинственных зон без жизни» в океане, где содержание морских организмов крайне мало по сравнению с соседними участками, относятся:

• Поступление избыточного количества питательных веществ (в первую очередь азота и фосфора) с речным стоком, что связано с сельскохозяйственной деятельностью и использованием удобрений. Это вызывает бурное цветение водорослей, которые после отмирания разлагаются бактериями, потребляющими кислород. В результате уровень кислорода в воде падает до критических значений, и большинство морских организмов не могут выжить в таких условиях. Например, в Мексиканском заливе площадь «мёртвой зоны» достигает 15 000–20 000 км² в летний период.
• Антропогенное загрязнение — сброс сточных вод, промышленных и коммунальных отходов, содержащих органику и токсичные вещества, также способствует снижению содержания кислорода и гибели морских обитателей. Ежегодно в океан попадает 8–12 млн тонн пластика.
• Глобальное потепление — повышение температуры воды снижает растворимость кислорода, что усугубляет гипоксию и способствует расширению зон с низким содержанием кислорода. За последние 50 лет объём гипоксических зон в Мировом океане увеличился примерно в 4 раза.
• Естественные процессы — в некоторых случаях такие зоны могут возникать временно, например, летом из‑за стратификации воды, а исчезать при перемешивании слоёв воды осенью.

Спутниковый снимок «мёртвой зоны» в Мексиканском заливе

Таким образом, ключевыми факторами, определяющими пригодность к жизни, видовой и количественный состав морских организмов в водной толще, являются эвтрофикация (загрязнение биогенами), антропогенное воздействие и климатические изменения.

Рельеф дна и застойные зоны

Несколько иначе происходит образование зон, обеднённых морскими организмами в придонной зоне. Рельеф морского дна оказывает значительное влияние на формирование застойных зон, которые затрудняют жизнедеятельность морских организмов.

Вот основные аспекты этого влияния:

• Распределение течений. Рельеф дна определяет направление и скорость морских течений. В подводных котловинах и впадинах, где течения замедляются или отсутствуют, формируются застойные воды. Такие зоны часто характеризуются низким содержанием кислорода, что делает их непригодными для жизни большинства морских организмов.
• Отложение осадков. В застойных зонах происходит накопление тонкозернистых осадков, что также связано с рельефом дна. В то время как на подводных возвышенностях формируются крупнозернистые осадки, в котловинах накапливаются илы и глины, что дополнительно ухудшает условия для жизни.
• Изоляция бассейнов. Рельеф дна может способствовать изоляции отдельных морских бассейнов от открытого океана. Это приводит к нарушению нормального газообмена и может вызывать образование застойных вод с низким содержанием кислорода, что негативно сказывается на биоразнообразии.
• Влияние на экосистемы. Разнообразие форм рельефа дна, таких как троговые желоба и моренные гряды, создаёт различные микроэкосистемы, которые могут поддерживать уникальные виды флоры и фауны. Однако в застойных зонах биологическое разнообразие значительно снижается.

Таким образом, рельеф морского дна играет ключевую роль в формировании застойных зон, влияющих на распределение течений, накопление осадков и изоляцию водных масс.

Рельеф дна и схема зон течений

Подводные вулканы и зоны разломов

Кроме того, необходимо учитывать влияние выбросов подводных вулканов и зон разломов морской коры. Действующие подводные вулканы и зоны разломов океанической коры оказывают значительное влияние на морские экосистемы и формирование уникальных биологических сообществ.

Основные аспекты этого влияния:

• Формирование гидротермальных систем. В зонах разломов и срединно‑океанических хребтов происходит выход горячих рудоносных растворов, известных как «чёрные и белые курильщики». Эти гидротермальные источники создают уникальные условия для жизни, где обитают специализированные организмы, такие как вестиментиферы и двустворчатые моллюски, приспособленные к высоким температурам и высокой концентрации сероводорода.
• Изменение химического состава воды. Извержения подводных вулканов приводят к выбросу в воду токсичных веществ и изменению её химического состава. Это может вызвать массовую гибель морских организмов и разрушение экосистем. Например, повышение температуры воды и загрязнение токсичными веществами могут привести к разрушению коралловых рифов и других морских структур.
• Создание новых геологических форм. Подводные извержения формируют новые геологические образования, такие как подводные горы и конусы, которые могут стать новыми местами обитания для морских организмов. Однако эти процессы также могут вызывать землетрясения и цунами, что дополнительно влияет на экосистемы.
• Экологические последствия. Подводные вулканы могут вызывать долгосрочные изменения в экосистемах, включая массовое вымирание видов и разрушение привычных мест обитания. Восстановление экосистем после извержений может занять много времени и зависит от устойчивости местных сообществ.

Таким образом, подводные вулканы и зоны разломов океанической коры в районах их деятельности играют ключевую роль в формировании и изменении морских экосистем, создавая как уникальные условия для жизни, так и потенциальные угрозы для существующих организмов.

«Чёрный курильщик» — гидротермальный источник на дне океана, вокруг которого обитают уникальные организмы.

Апвеллинг и конвергенция: два полюса продуктивности

Зоны апвеллинга и конвергенции поверхностных вод оказывают значительное влияние на морские биосистемы, формируя уникальные условия для жизни и продуктивности океанов.

Влияние апвеллинга

Апвеллинг — это процесс подъёма глубинных вод, богатых питательными веществами (азот, фосфор), к поверхности океана. Это явление приводит к следующим последствиям:

· Увеличение биологической продуктивности. Подъём питательных веществ способствует бурному развитию фитопланктона, который является основой пищевой цепи в океане. В результате в зонах апвеллинга наблюдается высокая концентрация зоопланктона, рыбы и других морских организмов. Например, в районе Перуанского апвеллинга рыбопродуктивность в 100 раз выше, чем в соседних районах. Эти зоны обеспечивают около 20% мирового улова рыбы при площади всего 0,1% от поверхности океана.

• Формирование «оазисов жизни». Зоны апвеллинга становятся настоящими оазисами для морской жизни, где активно развиваются экосистемы, что делает их важными для рыболовства и экономики прибрежных государств.
• Климатические эффекты. Апвеллинг влияет на климатические условия прибрежных районов, вызывая охлаждение воздуха и формирование инверсий, что может приводить к засушливым условиям на суше, как, например, в пустыне Атакама в Южной Америке.

Карта апвеллингов в Мировом океане

Влияние конвергенции поверхностных вод

Конвергенция — это процесс схождения поверхностных течений, который также влияет на морские экосистемы:

• Снижение продуктивности. В зонах конвергенции происходит накопление питательных веществ, но их доступность для фитопланктона может быть ограничена. Это связано с тем, что в этих зонах часто наблюдается стратификация воды, что затрудняет подъём питательных веществ из глубин.
• Формирование «океанических пустынь». В некоторых случаях конвергенция может приводить к образованию зон с низкой биологической продуктивностью, где содержание кислорода в воде снижается, и жизнь становится менее разнообразной. Например, в Саргассовом море из‑за устойчивой конвергенции формируется зона с крайне низкой продуктивностью — «пустыня» в центре Североатлантического круговорота.

Спутниковый снимок зоны конвергенции

Таким образом, апвеллинг и конвергенция играют ключевую роль в формировании морских экосистем, определяя их продуктивность и биологическое разнообразие в ряде районов океана.

Дополнительные факторы влияния на морские экосистемы

Помимо перечисленных процессов, на состояние морских биоценозов влияют и другие факторы:

· Явление Эль‑Ниньо и Ла‑Нинья. Эти климатические феномены в Тихом океане вызывают периодические изменения температуры поверхностных вод, что влияет на интенсивность апвеллинга, распределение питательных веществ и миграцию морских организмов. Во - время Эль‑Ниньо апвеллинг ослабевает, что приводит к снижению рыбопродуктивности у берегов Перу и Чили — уловы анчоусов могут падать на 50–70%.

· Закисление океана. Поглощение избыточного CO2​ из атмосферы снижает pH морской воды (за последние 250 лет pH упал с 8,2 до 8,1, что соответствует 30%-му увеличению кислотности), что негативно сказывается на организмах с карбонатными раковинами и скелетами (кораллах, моллюсках, планктоне).

· Шумовое загрязнение. Судоходство, сейсморазведка и военные учения создают подводный шум (до 180 дБ у источников), который мешает коммуникации, навигации и охоте морских млекопитающих (китов, дельфинов). Например, шум может заставить китов изменить миграционные маршруты или вызвать у них стресс.

· Инвазивные виды. Случайный завоз чужеродных организмов с балластными водами судов или через каналы может нарушать местные экосистемы, вытесняя аборигенные виды. Яркий пример — гребневик Mnemiopsis leidyi, завезённый в Чёрное море в 1980‑х гг., который уничтожил 90% зоопланктона и привёл к коллапсу рыболовства.

· Перелов рыбы. Избирательный вылов крупных хищников (тунцов, акул) нарушает трофические цепи, приводя к разрастанию популяций мелких рыб и планктоноядных видов. За последние 50 лет мировые запасы крупных хищных рыб сократились на 90%.

Пояснения терминов:

· Термоклин — слой воды, в котором происходит резкое изменение температуры с глубиной.

· Стратификация — расслоение воды по плотности, температуре и солёности, препятствующее вертикальному перемешиванию.

· Метабаркодинг — метод идентификации видов по коротким генетическим маркерам в образцах окружающей среды (например, в пробах воды).

Современные методы изучения и охраны морских экосистем

Для мониторинга и защиты океана применяются следующие подходы:

• Спутниковое наблюдение. Отслеживание температуры поверхности, концентрации хлорофилла, течений и апвеллингов в режиме реального времени. Например, спутники серии Sentinel позволяют ежедневно получать данные о продуктивности океана.
• Автономные подводные аппараты (AUV) и буи. Сбор данных о химическом составе воды, содержании кислорода, биомассе планктона на разных глубинах. Буи ARGO передают данные с глубины до 2000 м.
• ДНК‑метабаркодинг. Анализ генетического материала из проб воды для быстрого определения видового состава сообществ. Метод позволяет выявить даже редкие виды, не попавшие в сети.
• Морские охраняемые территории (МОТ). Создание заповедных зон с ограничением рыболовства и добычи ресурсов для восстановления биоразнообразия. К 2023 г. МОТ покрывают около 8% площади океана (цель ООН — 30% к 2030 г.).
• Устойчивое рыболовство. Внедрение квот, селективных орудий лова и аквакультуры для снижения нагрузки на дикие популяции. Сертификация MSC (Marine Stewardship Council) подтверждает экологичность промысла.
• Международные соглашения. Конвенции по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ), защите мигрирующих видов (CMS) и сокращению выбросов CO2​.

Примеры успешных проектов:

• Восстановление коралловых рифов в Индонезии. Программа Reef Restoration Foundation использует искусственные рифы и пересадку кораллов — за 5 лет восстановлено 20 га рифов, численность рыб увеличилась на 40%.
• Сокращение «мёртвых зон» в Чесапикском заливе (США). Ограничение стока удобрений и очистка сточных вод снизили площадь гипоксической зоны на 35% за 20 лет.
• Защита китов в Антарктике. Мораторий на китобойный промысел (с 1986 г.) позволил популяциям горбачей вырасти с 5000 до 25 000 особей.

Общий вывод

Все рассмотренные выше факторы — береговой и речной сток, антропогенное загрязнение, глобальное потепление, рельеф морского дна, подводный вулканизм и зоны разломов, апвеллинг и конвергенция поверхностных вод — оказывают комплексное и зачастую противоположное влияние на морские экосистемы.

В совокупности эти процессы формируют сложную мозаику морских экосистем, где зоны высокой продуктивности соседствуют с участками, практически лишёнными жизни. Понимание этих механизмов необходимо для:

• рационального использования морских ресурсов
• охраны биоразнообразия
• прогнозирования изменений в океане под воздействием природных и антропогенных факторов
• разработки стратегий адаптации к климатическим изменениям.

Сохранение здоровья океана — это не только экологическая, но и социально‑экономическая задача. От состояния морских экосистем зависят:

• продовольственная безопасность (океаны дают 16% животного белка для 3 млрд человек)
• климат планеты (океан поглощает 90% избыточного тепла и 30% антропогенного CO2​)
• рекреационный потенциал побережий (морской туризм приносит $3,5 трлн ежегодно) будущее миллиардов людей.