stringtranslate.com

Фотическая зона

Фотическая зона (или эвфотическая зона , эпипелагическая зона или зона солнечного света ) — это самый верхний слой водоема , который получает солнечный свет , что позволяет фитопланктону осуществлять фотосинтез . Он претерпевает ряд физических, химических и биологических процессов, которые поставляют питательные вещества в верхнюю толщу воды . Фотическая зона является домом для большинства водных организмов из-за активности ( первичной продукции ) фитопланктона. Толщина фотической и эвфотической зон меняется в зависимости от интенсивности солнечного света в зависимости от сезона и широты, а также от степени мутности воды. Самая нижняя, или афотическая, зона — это область вечной темноты, которая лежит под фотической зоной и включает большую часть океанских вод. [1]

Фотосинтез в фотической зоне

В фотической зоне скорость фотосинтеза превышает скорость дыхания. Это происходит из-за обильной солнечной энергии , которая используется в качестве источника энергии для фотосинтеза первичными продуцентами , такими как фитопланктон. Этот фитопланктон растет чрезвычайно быстро из-за сильного влияния солнечного света, что позволяет ему производиться с большой скоростью. Фактически, девяносто пять процентов фотосинтеза в океане происходит в фотической зоне. Поэтому, если мы углубимся, за пределы фотической зоны, например, в точку компенсации , то фитопланктона будет мало или совсем не будет из-за недостаточного количества солнечного света. [2] Зона, которая простирается от основания эвфотической зоны до афотической зоны, иногда называется дисфотической зоной. [3]

Жизнь в фотической зоне

Слои пелагической зоны
Зоны водной толщи, определяемые по количеству проникающего света. Мезопелагическую зону иногда называют дисфотической зоной .

Девяносто процентов морской жизни обитает в фотической зоне, глубина которой составляет около двухсот метров. Сюда входит фитопланктон (растения), включая динофлагелляты , диатомовые водоросли , цианобактерии , кокколитофориды и криптомонады . Сюда также входит зоопланктон , потребители в фотической зоне. Существуют плотоядные плотоядные и травоядные растительноядные. Далее следуют веслоногие рачки — мелкие ракообразные, распространенные повсюду в фотической зоне. Наконец, есть нектон (животные, которые могут двигаться самостоятельно, такие как рыбы, кальмары и крабы), которые являются самыми крупными и наиболее заметными животными в фотической зоне, но их количество наименьшее среди всех групп. [4] Фитопланктон — это микроскопические растения, живущие подвешенными в толще воды, которые практически не имеют средств передвижения. Они являются первичными производителями, использующими солнечную энергию в качестве источника пищи. [ требуется ссылка ]

Детритофаги и падальщики редки в фотической зоне. Микробное разложение мертвых организмов начинается здесь и продолжается после того, как тела погружаются в афотическую зону, где они образуют важнейший источник питательных веществ для глубоководных организмов. [5] Глубина фотической зоны зависит от прозрачности воды. Если вода очень чистая, фотическая зона может стать очень глубокой. Если она очень мутная, ее глубина может составлять всего пятьдесят футов (пятнадцать метров).

Животные в фотической зоне используют цикл света и темноты как важный экологический сигнал, миграция напрямую связана с этим фактом, рыбы используют концепцию сумерек и рассвета, когда приходит время мигрировать, фотическая зона напоминает эту концепцию, обеспечивая чувство времени. Этими животными могут быть сельди и сардины, а также другие рыбы, которые постоянно живут в фотической зоне. [6]

Поглощение питательных веществ в фотической зоне

Из-за биологического поглощения фотическая зона имеет относительно низкие уровни концентрации питательных веществ. В результате фитопланктон не получает достаточного количества питательных веществ при высокой стабильности водной толщи. [7] Пространственное распределение организмов может контролироваться рядом факторов. Физические факторы включают: температуру, гидростатическое давление, турбулентное перемешивание, такое как восходящий турбулентный поток неорганического азота через нутриклинию. [8] Химические факторы включают кислород и микроэлементы. Биологические факторы включают выпас и миграции. [9] Подъем глубинных вод переносит питательные вещества из глубинных вод в фотическую зону, усиливая рост фитопланктона. Ремиксирование и подъем глубинных вод в конечном итоге возвращают богатые питательными веществами отходы в фотическую зону. Экмановский транспорт дополнительно переносит больше питательных веществ в фотическую зону. Частота импульсов питательных веществ влияет на конкуренцию фитопланктона. Фотосинтез производит их больше. Будучи первым звеном в пищевой цепи, то, что происходит с фитопланктоном, создает волновой эффект для других видов. Помимо фитопланктона, в этой зоне обитают и используют эти питательные вещества многие другие животные. Большая часть океанской жизни происходит в фотической зоне, самой маленькой зоне океана по объему воды. Фотическая зона, хотя и небольшая, оказывает большое влияние на тех, кто в ней проживает.

Глубина фотической зоны

Глубина проникновения света

Глубина, по определению, находится там, где излучение деградирует до 1% от его поверхностной силы. [10] Соответственно, ее толщина зависит от степени ослабления света в водной толще. Поскольку входящий свет на поверхности может сильно различаться, это мало что говорит о чистом росте фитопланктона. Типичные эвфотические глубины варьируются от нескольких сантиметров в сильно мутных эвтрофных озерах до примерно 200 метров в открытом океане . Она также меняется в зависимости от сезонных изменений мутности, которые могут быть в значительной степени обусловлены концентрациями фитопланктона , так что глубина фотической зоны часто уменьшается по мере увеличения первичной продукции . Более того, скорость дыхания на самом деле больше скорости фотосинтеза. Причина, по которой продукция фитопланктона так важна, заключается в том, что она играет важную роль при переплетении с другими пищевыми цепями .

Ослабление света

Рост фитопланктона зависит от цветового спектра света,
и в процессе, называемом фотосинтезом, он поглощает свет
в синем и красном диапазоне с помощью фотосинтетических пигментов.
Сравнение глубин, на которые проникают различные цвета света в открытых водах океана и в более мутных прибрежных водах. Вода поглощает более теплые длинноволновые цвета, такие как красный и оранжевый, и рассеивает более холодные коротковолновые цвета. [11]

Большая часть солнечной энергии, достигающей Земли, находится в диапазоне видимого света с длинами волн примерно от 400 до 700 нм. Каждый цвет видимого света имеет уникальную длину волны, и вместе они составляют белый свет. Самые короткие длины волн находятся на фиолетовом и ультрафиолетовом конце спектра, в то время как самые длинные волны находятся на красном и инфракрасном конце. Между ними цвета видимого спектра составляют знакомый «ROYGBIV»: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. [12]

Вода очень эффективно поглощает входящий свет, поэтому количество света, проникающего в океан, быстро уменьшается (ослабевает) с глубиной. На глубине одного метра остается только 45% солнечной энергии, которая падает на поверхность океана. На глубине 10 метров остается только 16% света, и только 1% первоначального света остается на глубине 100 метров. Никакой свет не проникает дальше 1000 метров. [12]

В дополнение к общему затуханию, океаны поглощают различные длины волн света с разной скоростью. Длины волн на крайних концах видимого спектра затухают быстрее, чем длины волн в середине. Более длинные длины волн поглощаются первыми; красный поглощается в верхних 10 метрах, оранжевый примерно в 40 метрах, а желтый исчезает до 100 метров. Более короткие длины волн проникают дальше, при этом синий и зеленый свет достигает самых больших глубин. [12]

Цикл морского фитопланктона

Вот почему вещи кажутся синими под водой. То, как цвета воспринимаются глазом, зависит от длин волн света, которые воспринимает глаз. Объект кажется глазу красным, потому что он отражает красный свет и поглощает другие цвета. Поэтому единственный цвет, достигающий глаза, — красный. Синий — единственный цвет света, доступный на глубине под водой, поэтому это единственный цвет, который может быть отражен обратно к глазу, и все имеет синий оттенок под водой. Красный объект на глубине не будет казаться нам красным, потому что нет красного света, доступного для отражения от объекта. Объекты в воде будут выглядеть в своих настоящих цветах только вблизи поверхности, где все длины волн света все еще доступны, или если другие длины волн света предоставляются искусственно, например, путем освещения объекта подводным фонарем. [12]

Вода в открытом океане кажется чистой и голубой, потому что она содержит гораздо меньше твердых частиц , таких как фитопланктон или другие взвешенные частицы, и чем прозрачнее вода, тем глубже проникает свет. Синий свет проникает глубоко и рассеивается молекулами воды, в то время как все другие цвета поглощаются; таким образом, вода кажется голубой. С другой стороны, прибрежная вода часто кажется зеленоватой. Прибрежная вода содержит гораздо больше взвешенного ила , водорослей и микроскопических организмов, чем открытый океан. Многие из этих организмов, таких как фитопланктон, поглощают свет в синем и красном диапазоне через свои фотосинтетические пигменты, оставляя зеленый цвет в качестве доминирующей длины волны отраженного света. Поэтому, чем выше концентрация фитопланктона в воде, тем она кажется зеленее. Мелкие частицы ила также могут поглощать синий свет, еще больше сдвигая цвет воды от синего при высокой концентрации взвешенных частиц. [12]

Океан можно разделить на глубинные слои в зависимости от количества проникающего света, как обсуждалось в пелагической зоне . Верхние 200 метров называются фотической или эвфотической зоной. Это область, куда может проникать достаточно света для поддержки фотосинтеза, и она соответствует эпипелагической зоне. От 200 до 1000 метров лежит дисфотическая зона, или сумеречная зона (соответствующая мезопелагической зоне). На этих глубинах все еще есть немного света, но недостаточно для поддержки фотосинтеза. Ниже 1000 метров находится афотическая (или полуночная) зона, куда не проникает свет. Эта область включает большую часть объема океана, который существует в полной темноте. [12]

Палеоклиматология

Сложная силикатная (стеклянная) оболочка, возраст которой составляет 32–40 миллионов лет, микроокаменелость диатомовых водорослей.

Фитопланктон — это одноклеточные микроорганизмы , которые составляют основу пищевых цепей океана . Среди них преобладают диатомовые водоросли , которые отращивают силикатные раковины, называемые панцирями . Когда диатомовые водоросли умирают, их раковины могут осесть на морском дне и стать микроископаемыми . Со временем эти микроископаемые оказываются захороненными в виде опаловых отложений в морских отложениях . Палеоклиматология — это изучение прошлых климатов. Косвенные данные используются для того, чтобы соотнести элементы, собранные в современных образцах осадочных пород, с климатическими и океаническими условиями в прошлом. Косвенные данные палеоклимата относятся к сохранившимся или окаменелым физическим маркерам, которые служат заменой прямым метеорологическим или океаническим измерениям. [13] Примером косвенных данных является использование записей изотопов диатомовых водорослей δ13C , δ18O , δ30Si ( диатомовая водоросль δ13C , диатомовая водоросль δ18O и диатомовая водоросль δ30Si ). В 2015 году Суонн и Снеллинг использовали эти изотопные записи для документирования исторических изменений в условиях фотической зоны северо-западной части Тихого океана , включая поставку питательных веществ и эффективность биологического насоса мягких тканей , с современных времен до морской изотопной стадии 5e , которая совпадает с последним межледниковым периодом . Пики продуктивности опала на морской изотопной стадии связаны с нарушением региональной стратификации галоклина и увеличением поступления питательных веществ в фотическую зону. [14]

Первоначальное развитие галоклина и стратифицированной водной толщи было приписано началу крупного оледенения Северного полушария 2,73 млн лет назад, что увеличило приток пресной воды в регион за счет увеличения муссонных осадков и/или талой ледниковой воды, а также температуры поверхности моря . [15] [16] [17] [18] Связанное с этим уменьшение подъема глубинных вод могло способствовать установлению более прохладных условий в глобальном масштабе и расширению ледников по всему Северному полушарию с 2,73 млн лет назад. [16] В то время как галоклин, по-видимому, преобладал в течение позднего плиоцена и ранних четвертичных ледниково-межледниковых циклов , [19] другие исследования показали, что граница стратификации могла нарушиться в позднем четвертичном периоде в конце ледникового периода и в течение ранней части межледниковья. [20] [21] [22] [23] [24] [14]

Заметки о фитопланктоне.

Структура диметилсульфида

Фитопланктон ограничен только фотозоной. Поскольку его рост полностью зависит от фотосинтеза. Это приводит к уровню воды в океане 50–100 м. Рост может также происходить из-за факторов суши, например, минералов, которые растворяются из горных пород, минеральных питательных веществ из поколений растений и животных, которые попали в фотическую зону. [25]

Нарисованное изображение фитопланктона

Увеличение количества фитопланктона также приводит к увеличению количества зоопланктона, зоопланктон питается фитопланктоном, поскольку он находится в самом низу пищевой цепи. [25]

Диметилсульфид

Потеря диметилсульфида в фотической зоне контролируется микробным поглощением и фотохимической деградацией. Но что именно представляет собой диметилсульфид и почему он важен? Это соединение (см. фото) помогает регулировать цикл серы и экологию в океане. Морские бактерии, водоросли, кораллы и большинство других организмов в океане выделяют его, составляя ряд семейств генов.

Однако это соединение может быть токсичным для человека при проглатывании, всасывании через кожу и вдыхании. Белки в растениях и животных зависят от этого соединения. Поскольку оно является важной частью экологии, полезно знать, что оно также живет в фотической зоне. [1]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Фотическая зона | Морская жизнь, фотосинтез и свет | Britannica". www.britannica.com . Получено 27.11.2023 .
  2. ^ Эволюция первичных производителей в море . Fa2000lkowski, Paul G., Knoll, Andrew H. Амстердам: Elsevier Academic Press. 2007. ISBN 978-0-08-055051-0. OCLC  173661015.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  3. ^ Фотическая зона Encyclopaedia Britannica Online . 14 августа 2009 г.
  4. ^ "Трофические уровни коралловых рифов". Sciencing . Получено 22.11.2019 .
  5. ^ "Фотическая зона - обзор | Темы ScienceDirect". www.sciencedirect.com . Получено 27.11.2023 .
  6. ^ "Фотическая зона - обзор | Темы ScienceDirect". www.sciencedirect.com . Получено 01.12.2023 .
  7. ^ Шеппард, Чарльз RC (1982). "Фотическая зона". Пляжи и прибрежная геология . Серия "Энциклопедия наук о Земле". стр. 636. doi :10.1007/0-387-30843-1_325. ISBN 978-0-87933-213-6.
  8. ^ Лонгхерст, Алан Р.; Глен Харрисон, У. (июнь 1988 г.). «Вертикальный поток азота из океанической фотической зоны дневными мигрантами зоопланктона и нектона». Исследования глубоководных районов моря, часть A. Океанографические исследовательские работы . 35 (6): 881–889. Bibcode : 1988DSRA...35..881L. doi : 10.1016/0198-0149(88)90065-9. ISSN  0198-0149.
  9. ^ Гундерсен, К.; Маунтин, К.У.; Тейлор, Диана; Ойе, Р.; Шен, Дж. (июль 1972 г.). «Некоторые химические и микробиологические наблюдения в Тихом океане у Гавайских островов1». Лимнология и океанография . 17 (4): 524–532. Bibcode : 1972LimOc..17..524G. doi : 10.4319/lo.1972.17.4.0524 . ISSN  0024-3590.
  10. ^ Ли, Чжунпин; Вайдеманн, Алан; Киндл, Джон; Арноне, Роберт; Кардер, Кендалл Л.; Дэвис, Кертисс (2007). «Глубина эвфотической зоны: ее вывод и значение для дистанционного зондирования цвета океана». Журнал геофизических исследований: Океаны . 112 (C3): C03009. Bibcode : 2007JGRC..112.3009L. doi : 10.1029/2006JC003802 . ISSN  2156-2202.
  11. ^ Ocean Explorer NOAA. Обновлено: 26 августа 2010 г.
  12. ^ abcdef Уэбб, Пол (2019) Введение в океанографию, глава 6.5 Свет, Rebus Community, Университет Роджера Уильямса, открытый учебник.Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  13. ^ «Что такое «прокси» данные? | Национальные центры экологической информации (NCEI), ранее известные как Национальный центр климатических данных (NCDC)». www.ncdc.noaa.gov . Получено 20.10.2020 .
  14. ^ ab Swann, GEA; Snelling, AM (2015-01-06). "Изменения фотической зоны на северо-западе Тихого океана от MIS 4–5e". Climate of the Past . 11 (1). Copernicus GmbH: 15–25. Bibcode : 2015CliPa..11...15S. doi : 10.5194/cp-11-15-2015 . ISSN  1814-9332. Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 3.0 International.
  15. ^ Sigman, Daniel M.; Jaccard, Samuel L.; Haug, Gerald H. (2004). «Стратификация полярного океана в холодном климате». Nature . 428 (6978). Springer Science and Business Media LLC: 59–63. Bibcode :2004Natur.428...59S. doi :10.1038/nature02357. ISSN  0028-0836. PMID  14999278. S2CID  4329978.
  16. ^ ab Haug, Gerald H.; Ganopolski, Андрей; Sigman, Daniel M.; Rosell-Mele, Antoni; Swann, George EA; Tiedemann, Ralf; Jaccard, Samuel L.; Bollmann, Jörg; Maslin, Mark A.; Leng, Melanie J.; Eglinton, Geoffrey (2005). «Северотихоокеанская сезонность и оледенение Северной Америки 2,7 миллиона лет назад». Nature . 433 (7028). Springer Science and Business Media LLC: 821–825. Bibcode :2005Natur.433..821H. doi :10.1038/nature03332. ISSN  0028-0836. PMID  15729332. S2CID  24116155.
  17. ^ Сванн, Джордж EA; Маслин, Марк А.; Ленг, Мелани Дж.; Слоан, Хилари Дж.; Хауг, Джеральд Х. (2006-02-24). "Диатомовые δ18O-доказательства развития современной системы галоклина в субарктическом северо-западе Тихого океана в начале крупного оледенения Северного полушария". Палеокеанография . 21 (1). Американский геофизический союз (AGU): нет данных. Bibcode : 2006PalOc..21.1009S. doi : 10.1029/2005pa001147 . ISSN  0883-8305.
  18. ^ Nie, Junsheng; King, John; Liu, Zhengyu; Clemens, Steve; Prell, Warren; Fang, Xiaomin (2008). «Опреснение поверхностных вод: причина начала стратификации северной части Тихого океана с 2,75 млн лет назад?». Global and Planetary Change . 64 (1–2). Elsevier BV: 49–52. Bibcode : 2008GPC....64...49N. doi : 10.1016/j.gloplacha.2008.08.003. ISSN  0921-8181.
  19. ^ Сванн, Джордж EA (2010). «Изменения солености в северо-западной части Тихого океана в течение позднего плиоцена/раннего четвертичного периода от 2,73 до 2,52 млн лет назад» (PDF) . Earth and Planetary Science Letters . 297 (1–2). Elsevier BV: 332–338. Bibcode :2010E&PSL.297..332S. doi :10.1016/j.epsl.2010.06.035. ISSN  0012-821X. Архивировано (PDF) из оригинала 2022-10-09.
  20. ^ Sarnthein, M.; Gebhardt, H.; Kiefer, T.; Kucera, M.; Cook, M.; Erlenkeuser, H. (2004). «Происхождение низкой солености морской поверхности в субарктической части северной части Тихого океана в среднем голоцене». Quaternary Science Reviews . 23 (20–22). Elsevier BV: 2089–2099. Bibcode : 2004QSRv...23.2089S. doi : 10.1016/j.quascirev.2004.08.008. ISSN  0277-3791.
  21. ^ Jaccard, SL; Galbraith, ED; Sigman, DM; Haug, GH (2010). «Проникающая связь между антарктическими ледяными кернами и записями субарктических тихоокеанских осадков за последние 800 тысяч лет». Quaternary Science Reviews . 29 (1–2). Elsevier BV: 206–212. Bibcode : 2010QSRv...29..206J. doi : 10.1016/j.quascirev.2009.10.007. ISSN  0277-3791.
  22. ^ Гэлбрейт, Эрик Д.; Кинаст, Маркус; Жаккар, Сэмюэл Л.; Педерсен, Томас Ф.; Брунелл, Бригитта Г.; Сигман, Дэниел М.; Кифер, Торстен (2008-05-23). ​​"Последовательная связь между глобальным климатом и использованием нитрата на поверхности в западной субарктической части Тихого океана на протяжении последних 500 тыс. лет". Палеокеанография . 23 (2). Американский геофизический союз (AGU): нет данных. Bibcode : 2008PalOc..23.2212G. doi : 10.1029/2007pa001518 . ISSN  0883-8305. S2CID  4082469.
  23. ^ Брунелле, Бригитта Г.; Сигман, Дэниел М.; Жаккар, Сэмюэл Л.; Кейгвин, Ллойд Д.; Плессен, Биргит; Шеттлер, Георг; Кук, Меа С.; Хауг, Джеральд Х. (2010). «Ледниковые/межледниковые изменения в снабжении питательными веществами и стратификации в западной субарктической части Северной Пацифики с предпоследнего ледникового максимума». Quaternary Science Reviews . 29 (19–20). Elsevier BV: 2579–2590. Bibcode : 2010QSRv...29.2579B. doi : 10.1016/j.quascirev.2010.03.010. ISSN  0277-3791.
  24. ^ Кохфельд, Карен Э.; Чейз, Занна (2011). «Контроль дегляциальных изменений в биогенных потоках в северной части Тихого океана». Quaternary Science Reviews . 30 (23–24). Elsevier BV: 3350–3363. Bibcode : 2011QSRv...30.3350K. doi : 10.1016/j.quascirev.2011.08.007. ISSN  0277-3791.
  25. ^ ab "Накопление". www.dnr.louisiana.gov . Получено 2023-12-01 .