Бентосный пограничный слой ( BBL ) — это слой воды, расположенный непосредственно над осадком на дне водоема ( реки, озера, моря и т. д.). [1] Благодаря определенным процессам седиментации некоторые организмы способны жить в этом глубоком слое воды. BBL образуется за счет трения воды, движущейся по поверхности субстрата , что значительно уменьшает ток воды в этом слое. [2] Толщина этой зоны определяется многими факторами, включая силу Кориолиса . Бентосные организмы и процессы в этом пограничном слое отражают толщу воды над ними. [2]
BBL служит переходной зоной между водной толщей и слоем осадка, регулируя биогеохимические процессы и поток питательных веществ и органических материалов. [2] Эта зона также служит основным слоем сопротивления для перемещения массы, тепла и питательных веществ из осадка в воду или наоборот. [1] Именно эта область взаимодействия между двумя средами важна для репродуктивных стратегий многих видов, особенно для распространения личинок. Бентический пограничный слой также содержит питательные вещества, важные для рыболовства, широкий спектр микроскопической жизни, разнообразные взвешенные материалы и резкие градиенты энергии. Он также является стоком для многих антропогенных веществ, выбрасываемых в окружающую среду, поскольку вещества обычно опускаются на дно водной толщи. [2]
Бентический пограничный слой (БПС) представляет собой несколько десятков метров водной толщи непосредственно над морским дном [3] и представляет собой важную зону биологической активности в океане. [4] Он играет важную роль в круговороте веществ и был назван «конечной точкой» для осадочного материала, который подпитывает высокую скорость метаболизма для популяций микроорганизмов. [5]
После прохождения через BBL этот деградированный материал либо возвращается в водную толщу , либо мобилизуется в осадок , где он в конечном итоге может стать иммобилизованным. Хотя поставка POM (твердых органических веществ) или морского снега относительно ограничена и подавляет обилие видов , она поддерживает сложную, но недостаточно изученную микробную петлю, которая может поддерживать как популяции мейофауны, так и популяции макрофауны . В микробной петле неподвижные бентосные организмы, живущие в пограничном слое бентоса, поставляют питательные вещества в петлю, выделяя неиспользованные частицы для использования микробными сообществами. [2] В исследовании Уилла Ритцрау (1996) было установлено, что микробная активность была в 7,5 раза выше в BBL, чем в соседних водах. [6] Хотя это исследование было завершено на глубине 100–400 м, оно может иметь последствия для глубокого BBL.
Организмы, живущие в бентическом пограничном слое, называются бентопелагическими. [7] Все организмы, живущие преимущественно в бентическом пограничном слое, должны получать пищу из падающих частиц в толще воды. [2] Рост бактерий и потребление падающего органического детрита затрудняется гидростатическим давлением воды и увеличением глубины. [8] Это позволяет изменчивым и потребляемым веществам достигать океанского потока и потребляться бентосом. Качество и количество питательных веществ, достигающих морского дна, играют важную роль в развитии бентических сообществ. [2] Эти организмы в конечном итоге играют жизненно важную роль в реминерализации вещества и помогают разрушать POM, который в конечном итоге может стать постоянным осадком. За исключением гидротермальных источников , большая часть глубоководного бентоса является аллохтонной , [9] [3] и важность бактерий для преобразования субстрата имеет первостепенное значение.
[10] [11]
В настоящее время известно, что популяции бактерий глубокого BBL способны поддерживать простейших бактериофагов, таких как фораминиферы и некоторые метазойные зоопланктоны, [12] которые, в свою очередь, могут поддерживать более крупные организмы. [13] Мейофауна и макрофауна, обнаруженные в глубоком BBL, включают: веслоногих рачков , кольчатых червей , нематод , двустворчатых моллюсков , остракод , равноногих раков , амфипод , членистоногих и брюхоногих моллюсков , и это лишь некоторые из них. [14] [15] Текущее количество видов, обитающих в бентическом пограничном слое, широко неизвестно. Однако предполагается, что в BBL обитает до 10 000 000 видов. [16] Эти организмы в конечном итоге играют жизненно важную роль в реминерализации вещества и помогают разрушать POM, который в конечном итоге может стать постоянным осадком.
Бентический пограничный слой (БПС) играет важную роль в круговороте веществ и обычно называется «конечной точкой» или «стоком» для осадочного материала, который подпитывает высокую скорость метаболизма для микробных популяций. [7] Частицы из пелагической экосистемы опускаются в БПС, где они будут использоваться организмами. [2] Исследования показали, что частицы из фотической зоны опускаются со скоростью приблизительно 100 метров в день. [17] До 10% осадка из фотической зоны способны опускаться вплоть до бентического пограничного слоя. [7] Однако общее количество массы, которое попадает в БПС, зависит от общей пелагической продукции и сезонной изменчивости. [17] После прохождения через БПС этот деградированный материал либо возвращается в водную толщу , либо мобилизуется в осадок , где он в конечном итоге может стать иммобилизованным из-за течений или силы осадка. Повторное образование взвеси или восходящие потоки частиц могут возникать из-за экологических нарушений, таких как ветер, течения, приливные колебания и бентосные штормы. [7] В связи с растущей обеспокоенностью относительно окончательной судьбы вещества в океане, знание сложных биологических процессов в глубоководном BBL (глубоководном BBL) и того, как они влияют на будущие скорости седиментации и реминерализации, становится ценным для научного сообщества.
На глубине моря 1800 м и более BBL имеет почти однородную температуру и соленость с периодическими потоками детрита или твердых органических веществ (POM). POM тесно связан с сезонными изменениями поверхностной продуктивности и гидродинамическими условиями. Количество POM, которое погружается в воду, напрямую коррелирует с продукцией в фотической зоне водной толщи.
Эта зона представляет интерес для биологов, геологов, седиментологов , океанографов , физиков и инженеров, а также для многих других научных дисциплин . Поскольку последствия антропогенной деятельности начинают оказывать еще большее влияние на морские процессы, долгосрочные исследования имеют важное значение для определения здоровья и стабильности глубоководного BBL. [16] Текущие климатические изменения и потепление также могут сыграть важную роль в изменениях в BBL, уничтожив существующие там живые виды, и могут побудить к долгосрочным исследованиям в будущих научных сообществах. В настоящее время несколько групп используют кабельные обсерватории (ALOHA Cabled Observatory, Monterey Accelerated Research System , NEPTUNE , VENUS и Liquid Jungle Lab (LJL) Panama-PLUTO) для работы над разработкой этих крайне необходимых временных рядов. Подводные кабельные сети обеспечивают непрерывное питание кабельных инструментов, что позволяет проводить долгосрочные исследования. [16] Кабели также предоставляют возможность просматривать данные в режиме реального времени с берега. Камеры покадровой съемки , ловушки для осадков , транспортные средства для транссекции дна, ловушки с приманкой, акустические массивы, ведомые камеры и автономные подводные аппараты (AUV) также используются для сбора дополнительной информации об организмах и процессах в пограничном слое бентоса. [16] Используя эти методы исследования, ученые могут начать находить новые способы сохранения сообществ BBL и собирать новые данные о видах.
[15]