Биологическая океанография — это изучение того, как организмы влияют на физику , химию и геологию океанографической системы и подвергаются их влиянию . Биологическую океанографию также можно назвать экологией океана, в которой корень слова «экология» — Oikos (oικoσ), что на греческом означает «дом» или «среда обитания». Имея это в виду, неудивительно, что основное внимание биологической океанографии уделяется микроорганизмам в океане; изучение того, как на них влияет их окружающая среда и как это влияет на более крупных морских существ и их экосистему. [1] Биологическая океанография похожа на морскую биологию , но отличается из-за перспективы, используемой для изучения океана. Биологическая океанография использует подход «снизу вверх» (с точки зрения пищевой сети ), в то время как морская биология изучает океан с точки зрения «сверху вниз». Биологическая океанография в основном фокусируется на экосистеме океана с упором на планктон: его разнообразие (морфология, источники питания, подвижность и метаболизм); их производительность и то, как она играет роль в глобальном цикле углерода ; и их распространение (хищничество и жизненный цикл). [1] [2] [3]
В 325 г. до н. э. греческий географ Пифей Массалийский исследовал большую часть побережья Англии и Норвегии и разработал способ определения широты по склонению Полярной звезды . Его рассказ о приливах также является одним из самых ранних рассказов, предполагающих связь между ними и Луной. Эта связь была позже развита английским монахом Бедой в De Temporum Ratione ( Исчисление времени ) около 700 г. н. э.
Понимание океана началось с общих исследований и плаваний для торговли. Некоторые заметные события ближе к нашему времени включают исследование океана принцем Генрихом Мореплавателем в 1400-х годах. В 1513 году Понсе де Леон описал Флоридское течение . В 1674 году Роберт Бойль исследовал взаимосвязь между соленостью, температурой и давлением в глубинах океана. Путешествия капитана Джеймса Кука были ответственны за обширный сбор данных по географии, геологии, биоте, течениям, приливам и температуре воды Атлантического и Тихого океанов в 1760-х и 1770-х годах. В 1820 году Александр Марсет отметил различный химический состав морской воды в разных океанах. Вскоре после этого, в 1843 году, Эдвард Форбс , британский натуралист, заявил, что морские организмы не могут существовать глубже 300 саженей (хотя многие уже собирали организмы гораздо глубже, многие последовали влиянию Форбса). Теория Форбса была окончательно признана массами неверной, когда подводный кабель был поднят с глубины 1830 м и покрыт животными. Это открытие положило начало планам экспедиции «Челленджер» .
Экспедиция «Челленджера» сыграла решающую роль в биологической океанографии и океанографии в целом. Экспедицию «Челленджера» возглавлял Чарльз Уайвилл Томсон в 1872–1876 годах. [1] В состав экспедиции также входили два других натуралиста, Генри Н. Мозели и Джон Мюррей . До экспедиции океан, хотя и был интересен многим, считался непредсказуемым и в основном безжизненным водоемом, и эта экспедиция заставила их переосмыслить эту позицию по отношению к океану. Эта экспедиция была организована по заказу Королевского общества , чтобы выяснить, смогут ли они проложить кабели на дне океана. Они также привезли оборудование для сбора данных о биологических, химических и геологических свойствах океана систематическим образом. [1] Они составили карту океанических отложений и собрали данные [1] Данные, собранные в этом плавании, доказали, что в глубоких водах (5500 метров) есть жизнь и что состав воды в океане постоянен. [1] Успех экспедиции «Челленджера» повлек за собой множество других экспедиций, организованных немецкими, французскими, американскими и другими британскими исследователями.
Океаны занимают около 71% поверхности Земли. В то время как средняя глубина океанов составляет около 3800 м, самые глубокие части — почти 11000 м. Морская среда имеет общий объем (приблизительно 1370 x 10 6 км 3 ), что в 300 раз больше для жизни, чем объем суши и пресной воды вместе взятых. [1] [4] Считается, что самые ранние организмы возникли в древних океанах, задолго до того, как на суше появились какие-либо формы жизни. Биология океана доминирует организмами, которые принципиально отличаются от организмов на суше, а временные масштабы океана сильно отличаются от атмосферных (в то время как атмосфера глобально меняется каждые 3 недели, океан может занять 1000 лет). [2] По этим причинам мы не можем делать предположения о жизни океана на основе того, что мы знаем из моделей суши и атмосферы. Диапазон разнообразия жизни в океане является одной из главных мотиваций для дальнейшего изучения биологической океанографии. Такой диапазон разнообразия означает, что существует потребность в разнообразном оборудовании и инструментах, используемых для изучения разнообразия. Поскольку океанические организмы гораздо более недоступны и не так легко наблюдаемы (по сравнению с наземными организмами), наблюдается более медленный рост знаний и постоянная потребность в дальнейшем исследовании и изучении.
Второй основной мотивацией для дальнейшего изучения биологической океанографии является изменение климата . Биологическая океанография тесно связана с физической и химической океанографией, и детали, которые мы узнаем из биологической океанографии, дают нам информацию о более широкой картине и помогают нам строить модели более масштабных процессов. Такие модели становятся еще более важными, когда глобальная окружающая среда меняется с беспрецедентной скоростью. Существуют глобальные закономерности в условиях окружающей среды, такие как изменения pH, температуры, солености и CO2 , но не везде наблюдаются одинаковые изменения. Океан делает Землю пригодной для жизни посредством регулирования климата Земли и таких процессов, как первичное производство , которые обеспечивают кислород в качестве побочного продукта. Биология играет центральную роль в содействии некоторым из этих процессов, но с изменением климата и воздействием человека океанская среда постоянно меняется и поэтому требует последовательных и непрерывных исследований.
Некоторые из основных вопросов, на которые стремятся ответить биологические океанографы, могут включать: какие виды организмов населяют различные сектора и глубины океана и почему? Многие биологические океанографические исследования изучают производство органического вещества океанической жизнью и изучают, какие факторы влияют на их рост, и, как следствие, на скорость производства органического вещества . Некоторые биологические океанографы рассматривают взаимоотношения между самими организмами, от микробов до китов, а некоторые рассматривают взаимоотношения между определенными организмами и химическими или физическими характеристиками океана. Биологические океанографы также стремятся ответить на вопросы, имеющие более прямое и непосредственное влияние на людей, например, на вопрос о том, какой урожай мы можем ожидать от моря, и на то, как погода, времена года или недавние стихийные бедствия могут повлиять на урожай рыболовства. Некоторые из основных вопросов на данный момент и на будущее — это то, как изменение климата повлияет на биоту океана .
Медиа, связанные с биологической океанографией на Wikimedia Commons
