9311

параметрах нужны, но недостаточны для оценки и прогноза состояния живого компонента водных экосистем, тенденции в изменении которого как раз и составляют сущность гидробиологического мониторинга.

Объект гидробиологического мониторинга — водные экосистемы и факторы среды, воздействующие на них. При этом важны как регистрация обнаруживаемых нарушений среды, так и оценка отклика на них живых систем. Одновременность регистрации рассматриваемых явлений облегчает анализ их взаимосвязи и усиление на этой основе возможностей прогноза.

Последний немыслим без эксперимента, и потому основными приемами сбора информации в системе гидробиологического мониторинга должны быть наблюдение и эксперимент. Наблюдение — основная форма диагностического мониторинга, позволяющая выявить по выбранным показателям основные тенденции в изменении биогидросферы. Сравнение абиотических и биотических изменений позволяет в какой-то мере судить об имеющих здесь место корреляциях. Однако нельзя забывать о том, что в действительности всегда наблюдается комбинированное действие факторов, и для выявления роли каждого требуется многофакторный анализ. Планируемый эксперимент позволяет в этом случае исследовать вероятные ситуации, которые можно предсказать на основании обнаруживаемых тенденций в изменении абиотической среды, т. е.

предсказывать биологические последствия этих тенденций. Таким образом,

параллельно диагностическому создается мониторинг прогностический.

Количество факторов, воздействующих на живые системы, и число откликов их на воздействия практически безграничны, и программа мониторинга должна обоснованно отобрать сравнительно небольшой набор контролируемых показателей. Их удобно разделить на две категории:

функциональные и структурные. Первые могут быть выражены производными по времени как скорость изменения отдельных функций

(показатели продуктивности, деструкции, ассимиляции и др.), вторые -

53

интегралом, т. е. как некоторый итог действия (функции) к моменту регистрации показателен (структура организмов, популяций и биоценозов).

Функциональные изменения — более быстрый отклик на внешние воздействия по сравнению с перестройками структуры. Последние лучше отражают итог длительного воздействия уклонившихся факторов среды. В

свою очередь короткоцикловые системы быстрее перестраивают свою структуру, чем долговременные, но обнаруживаемые изменения слабее характеризуют силу отклика биогидросферы, чем деформации структур длительного существования. Например, численность бактерий в водоемах существенно меняется даже после купания людей, являясь очень чувствительным индикатором воздействия на экосистему. Однако такому отклику нельзя придавать большого индикаторного значения, так как отклик экосистемы быстро гаснет, и след былого воздействия не регистрируется в ней. Популяция долгоживущих организмов показательнее как регистрирующие структуры при оценке длительных воздействий, но менее чувствительны для выявления кратковременных сдвигов в экосистемах.

Прогноз состояния водных экосистем и выявление тенденций в их изменении крайне важны для перспективного планирования рациональной эксплуатации водоемов. Поэтому важнейшее значение приобретает организация исследований, направленных на создание теории прогнозируемых экосистем в водоемах, находящихся под воздействием различных форм хозяйства и других антропогенных влияний. Эталоном для сравнения могут быть водоемы заповедных зон. Генеральный прогноз кроме основных общих положений должен содержать и взаимоувязанную систему частных прогнозов как касающихся отдельных частей бассейна, так и отдельных вопросов: динамики популяций полезных и вредных гидробионтов, трофических взаимоотношений и других гидробиологических (экологических) явлений.

54

Прогнозируя возможные изменения водных экосистем под влиянием различных факторов и разрабатывая на этой основе генеральную стратегию отношения к гидросфере, нельзя ни на минуту забывать об опасности нарушения обмена веществ и энергии между человеком и природой.

55

ГЛАВА 2. ГИДРОСФЕРА И ЕЁ НАСЕЛЕНИЕ

2.1. Характеристика Мирового океана

Океан – непрерывная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова и обладающая общностью солевого состава. Занимает площадь

361,1 млн км2 (объём 1340,74 млн. км2), что соответствует 70,8% земной поверхности. Мировой океан делится материками на 4 океана (Тихий –

50% площади, Атлантический – 25%, Индийский – 21%, Северный Ледовитый – 4%). Средняя глубина океана 3700 м, наибольшая 11022 м.

Т а б л и ц а. 2.1

Основные морфометрические показатели океанов.

В Северном полушарии вода занимает 61% поверхности земного шара, в Южном — 81%. Севернее 81° с. ш. в Северном Ледовитом океане и приблизительно между 56° и 63° ю. ш. воды океана покрывают земной шар непрерывным слоем. По особенностям распределения воды и суши земной шар делится на океаническое и материковое полушария. Полюс первого расположен в Тихом океане, к юго-востоку от Новой Зеландии, второго — на северо-западе Франции. В океаническом полушарии воды океана занимают 91% площади, а в материковом — 53%.

2.1.1.Строение океана

По геоморфологическим и геологическим особенностям в океане выделяют:

- подводную окраину материков (шельф, материковый склон и материковое подножие);

56

-переходные зоны от океана к материку (в частности, системы островных дуг);

-ложе океана;

-серединно-океанические хребты.

Дно океана образует земная кора океанического типа с малой мощностью (8-10 км) и отсутствием гранитно-метаморфического слоя.

Ложе океана сложено базальтами; на них залегает чехол глубоководных осадков, мощность которых уменьшается, а подошва омолаживается по направлению к горным хребтам.

Наиболее древние из известковых осадков дна океана имеют юрский возраст.

Океаническая кора сформировалась за последние 200 млн лет, в

отличие от континентальной, возраст которой около 3000 млн лет.

Большей частью поверхность океанического дна плоская, здесь выделяют два элемента рельефа: хребты и желоба. Срединно-океанический хребет – горная цепь протяженностью 8000 км и пиками высотой 4500 м (Атлантический хребет). Вдали от хребтов встречаются отдельные вулканические вершины (подводные горы, Гавайская цепь).

Рис. 2.1. Строение океана

57

плотностей этого слоя и нижележащего слоя велика, то создаётся явление

«мёртвой воды», затрудняющей плавание, особенно парусных судов.

Течения. Мировой океан пребывает в постоянном движении под воздействием силы вращения Земли, ветров, притяжения Солнца и Луны,

землетрясений и неравномерного распределения тепла. Циркуляция вод в слое 150 -200 м определяется преимущественно господствующими над океаном ветрами, ниже – существующей в толще воды разностью плотности. Океанические течения – это поступательное движения масс воды, обусловленные различными силами (сила трения,

приливообразующие силы Луны и Солнца). На направление морских течений большое влияние оказывает сила вращения Земли, отклоняющая течения в Северном полушарии вправо, в Южном полушарии влево.

На поверхности океана течения распространяются широкой полосой,

захватывая слой воды той или иной глубины. На больших глубинах и у дна существуют значительно более медленные перемещения частиц воды в определённом генеральном направлении, чаще всего обратном по сравнению с поверхностным течением, составляющие часть общего круговорота вод Мирового океана.

Морские течения различаются по происхождению:

Ветровые – вызываются трением ветра о поверхность моря.

Плотностные – вызываются неравномерным распределением температуры и солености.

Градиентные течения — течения в морях и океанах, возбуждаемые горизонтальными градиентами давления, которые обусловлены неравномерным распределением плотности морской воды.

Наряду с ветровыми течениями, постоянные плотностные течения играют важную роль в системе общей циркуляции поверхностных вод Мирового океана. В глубинных слоях, где ветровые течения затухают, они являются преобладающими. Плотностные течения характерны в проливах между бассейнами с различной плотностью воды. Под влиянием силы

59

Кориолиса эти течения направлены перпендикулярно горизонтальным

градиентам плотности.

Стоковые течения - вызываются наклоном уровня поверхности воды.

Морские течения различаются по характеру изменчивости.

Выделяют постоянные, временные течения и периодические.

Постоянными и временными течениями могут быть течения дрейфовые, стоковые, плотностные, бароградиентные и др. Примерами постоянных течений являются Северные и Южные Пассатные, Гольфстрим,

временных — муссонные течения северной части Индийского океана,

которые меняют направление в зависимости от летнего и зимнего муссонов.

Морские течения различаются по расположению. Выделяют поверхностные, подповерхностные, промежуточные, глубинные.

Глубинные океанские течения зарождаются вследствие разностей температур и солености воды в разных участках мирового океана. В

процессе конвективного перемешивания более холодные, соленые и плотные слои опускаются на дно, а менее соленые и, соответственно, более легкие водные массы поднимаются. В Северном полушарии сформированные в Норвежском и Гренландских морях плотные массы холодной воды образуют Северо-Атлантическое глубоководное течение,

которое движется на юг вдоль западной окраины Атлантического океана.

В некоторых регионах планеты ветра постоянно дуют в одном направлении и потому называются господствующими, например, 1000-километровая полоса по обе стороны экватора именуется полосой штилей. К северу от нее преобладают северо-восточные пассаты, к югу — юго-восточные. Это отклонение ветров к востоку происходит вследствие вращения Земли. Другая полоса штилей отделяет пассаты от широт, где преобладают западные ветры, обычно дующие в направлении от экватора.

Эти господствующие ветры и увлекают за собой огромные массы воды Мирового океана, которые в северном полушарии циркулируют по часовой стрелке, а в южном — против часовой стрелки.

60

Суммарное действие вращения Земли и господствующих ветров заставляет воду двигаться не параллельно экватору, а отклоняться вправо в северном полушарии и влево — в южном. Сила, порождающая этот эффект,

называется силой Кориолиса и возникает вследствие того, что поверхность Земли быстрее вращается вблизи экватора, чем у полюсов.

Морские течения различаются по физико-химическим свойствам.

Выделяют тёплые и холодные, опреснённые и солёные.

Если температура воды течения выше температуры окружающих вод,

то его называют тёплым, если ниже — течение называют холодным.

Теплые течения направлены из низких широт в высокие (Гольстрим).

Холодные - из высоких в низкие (Лабрадорское)

В океане редко наблюдаются течения, вызванные каким-либо одним из указанных факторов. Наиболее ярко выраженные течения Мирового океана являются следствием воздействия ряда факторов. Так, например,

Гольфстрим является одновременно плотностным, ветровым и стоковым течением.

Современные исследования морских течений направлены на их непосредственные измерения на различных глубинах с помощью самописцев, поплавков нейтральной плавучести и поплавков-парашютов.

Эти наблюдения позволили оценить изменчивость течений во времени и определить её основные закономерности. Непосредственные инструментальные измерения течений позволили обнаружить в океане ранее неизвестные мощные течения (Кромвелла — течение в Тихом океане и Ломоносова — течение в Атлантике, глубинные противотечения под Гольфстримом и Куросио и т. д.). Большую роль в изучении течений играют также косвенные методы их определения (по распределению температуры, солёности, плотности) и численные методы, которые позволяют рассчитывать направление и скорость течений по полю ветра или по распределению плотности воды на поверхности и в глубинах океана.

61

Приливы и отливы. Приливы – периодические колебания уровня моря, обусловленные силами притяжения Луны и Солнца в соединении с центробежными силами, развивающимися при вращении систем Земля – Луна и Земля – Солнце.

Причиной приливно-отливных процессов являются силы притяжения Луны и Солнца. На твердых предметах они почти не сказываются, но океаны, будучи огромными массами жидкости, чутко на них реагируют.

Из двух приливообразующих сил сильнее действует притяжение Луны. Под влиянием Луны сферическая поверхность океана стремится принять форму вытянутого элипсоида с большой осью, направленной к Луне. А так как Земля совершает полный оборот по отношению к Луне за

24 часа 50 минут, почти во всех уголках Мирового океана каждые 12 часов

25 минут приливы сменяются отливами. Кое-где — например, в

Мексиканском заливе — приливы происходят с периодичностью 24 часа 50

минут. Солнечное притяжение меньше воздействует на приливные волны,

нежели лунное, т. к. Солнце примерно в 400 раз дальше от Земли, чем Луна.

Но, в то же время, оно примерно в 8800 раз больше Луны, поэтому сила его притяжения составляет около 46% от лунного.

Каждые 28 дней пики солнечного и лунного притяжения совпадают, и

тогда приходит время сизигийных приливов с наибольшим перепадом уровней прилива и отлива. И наоборот, когда силы лунного и солнечного притяжения находятся в противофазе, наступают квадратурные приливы с наименьшей разницей между уровнями полной и малой воды.

В разных уголках Мирового океан приливы происходят по-разному.

Самая большая в мире разность полной и малой воды наблюдается в заливе Фанди (Атлантическое побережье Канады) — до 18 метров. Зато в немногочисленных внутренних морях, вроде Средиземного и Балтийскогo,

приливы практически незаметны. Из-за отсутствия приливных течений эти моря особенно страдают от загрязнения. В других местах приливные волны помогают очищать береговую линию.

62