Даниил Богданов - Тропический океан

• Название: Тропический океан
• Автор: Даниил Богданов
• Издательство: Издательстно «Наука»
• Жанр: Путешествия и география
• Год: 1975

Изучение тропической зоны Мирового океана имеет существенное научное и прикладное значение. Здесь можно наблюдать такие явления и процессы, которых не бывает в высоких широтах. В книге рассматривается природа пока еще малоисследованной тропической зоны Мирового океана, анализируются ее специфические особенности, говорится о том большом вкладе, который внесли в изучение тропического океана советские ученые.

---

Сезоны в тропических водах. Известно, что на тропической суше смена времен года выражается в основном в чередовании сухого зимнего и влажного летнего сезонов и в значительно меньшей мере — в изменениях температуры воздуха. О сезонной цикличности океанографических явлений в низких широтах известно очень мало. Сезонность явлений в тропических водах определяется следующими основными факторами.

1. В течение года изменяется высота солнца, продолжительность светлого времени суток и в связи с этим — величина солнечной радиации. Высота солнца в полдень на разных широтах:

Как видно, различия достаточно значительны. Продолжительность светлого времени суток на экваторе равна 12 час., на тропиках — от 10 час. 20 мин. до 13 час. 40 мин. Таким образом, в периферийных частях тропического пояса условия нагрева существенно меняются.

2. В течение года изменяется характер атмосферной циркуляции, в частности на 5–10° по меридиану смещаются границы действия пассатов. В результате на обширной субэкваториальной акватории происходит сезонная смена господствующих ветров: летом — несильный экваториальный муссон, зимой — устойчивый и сильный пассат. В связи с этим изменяются границы пассатных течений и экваториального противотечения: летом северного полушария — на север, зимой — на юг; смещаются зоны конвергенции и дивергенции, изменяется скорость течений. В некоторых районах происходит сезонная смена нагонных и сгонных ветров. Еще более существенны изменения циркуляции воздуха и вод в Индийском океане.

3. Изменения атмосферной циркуляции вызывают чередование сухого и влажного сезонов, количества осадков и величины испарения.

В результате по сезонам изменяются температура (до 5–6°) и соленость воды верхнего слоя, поверхностные течения, вертикальные движения вод. Особенно значительны изменения в местах сезонного развития апвелинга. Очень резкие изменения солености происходят в приустьевых районах, где летом она падает на несколько промилле. При этом изменяются цвет и прозрачность воды.

Таким образом, зима — обычно время пониженной температуры и высокой солености; лето — время высокой температуры и сравнительно низкой солености воды.

КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ

Гидрохимические особенности тропических вод представляют интерес в двух отношениях: как основа биологической и рыбопромысловой продуктивности, а также как основа осадконакопления.

Известно, что в верхних слоях океана вследствие отмирания и разложения организмов и продуктов их жизнедеятельности образуются различные органогенные вещества — фосфаты, нитраты, нитриты, аммиак, силикаты и др., которые совершенно необходимы (наряду со светом, кислородом и углеродом) для развития жизни. Фосфор и азот входят в состав протоплазмы живых клеток. Силикаты необходимы для построения твердых скелетных частей многих организмов. Под действием силы тяжести органогенные вещества медленно погружаются на большие глубины. При этом они окисляются и минерализуются. Накапливаются вещества на глубинах 500‑ 1000 м и больше. Из поверхностных слоев они медленно, нo постоянно выводятся. Таким образом, складывается необычайная обстановка: у поверхности, где наблюдается обилие солнечного света, тепла, кислорода и углекислого газа и имеются, кажется, благоприятные условия для развития жизни, резко недостает питательных солей. Например, содержание фосфатов в тропиках у поверхности редко превышает 5 мг/м 3. Наоборот, на больших глубинах, где практически нет солнечного света и мало кислорода, обычно обилие питательных солей (фосфатов 40‑ 80 мг/м 3). Количество света в тропической зоне в среднем близко к оптимальному, иногда на поверхности повышенное. Поэтому лимитирующим фактором для фотоспитетической деятельности являются питательные соли — фосфаты и нитраты. Советский исследователь В. В. Волковинский определил, что содержание фосфатов ниже 10 мг/м 3 существенно задерживает фотосинтез. Углерод (в виде углекислого газа) не лимитирует этот процесс, его в воде в несколько раз больше, чем необходимо.

Как сказано выше, постоянно устойчивая стратификация вод чрезвычайно затрудняет глубокое вертикальное перемешивание и вынос питательных веществ в поверхностный, освещенный солнцем (фотический) слой. Питательные вещества остаются на больших глубинах, лишенных света. Это настоящая «трагедия» тропических вод. Напомним, что в высоких и умеренных широтах океана вследствие зимнего охлаждения поверхностных слоев развивается мощная конвективная вертикальная циркуляция, выносящая питательные соли к поверхности.

Кроме того, в тропиках фотосинтез совершается круглый год, питательные соли потребляются круглогодично, и нет периода, когда могло бы произойти накопление питательных веществ, как это случается зимой в водах высоких широт. В результате, по данным В. Г. Богорова и П. С. Хромова, в тропических водах обычно содержится очень небольшая масса планктона — десятки миллиграммов на кубический метр, относительно. мало рыбы (около 1 мг/м 3) и других животных. Одно из следствий малого количества планктона — большая прозрачность воды, до 30–40 м, и чистый голубой или синий цвет.

В связи с этим понятен тот интерес, который в последнее время проявляется к имеющимся в тропических широтах районам подъема вод. Там к поверхности выносится вода с большим содержанием фосфатов, азотистых и других веществ. В общем можно сказать, что у поверхности мало питательных веществ, на глубине 500–1000 м — много. На подповерхностных глубинах 50–200 м содержание их меняется в очень широких пределах, от нуля до многих десятков миллиграммов на кубический метр (по фосфатам). Этим определяется плодородие вод. Там, где происходит подъем вод, уже на глубине 200 м количество фосфатов существенно повышается. Если подъем интенсивен, то резкое увеличение их количества отмечается на 100, 50 и иногда даже на 25 м, т. е. в хорошо освещаемой солнцем зоне фотосинтеза. В районах апвелинга в поверхностном слое соединяется обилие солнечных лучей, питательных веществ, кислорода и углекислого газа. Все это приводит к интенсивному развитию фотосинтетической деятельности фитопланктона, к резкому повышению биологической продуктивности.

По мере подъема плодородных вод в хорошо освещенную солнцем зону питательные соли из нее поглощаются в процессе фотосинтеза. Устанавливается своеобразное подвижное гидрохимическое равновесие: снизу питательные соли поступают в освещенный слой, а в пределах этого слоя, особенно в верхней его части, они поглощаются (днем). Для восточной части экваториальной Атлантики советский океанолог В. П. Сухорук определил скорость поступления фосфатов в зону фотосинтеза — около 3,75 мг фосфора под квадратным метром в сутки. Если скорость поступления солей превышает скорость потребления, высокое содержание их отмечается и на поверхности, например на окраинах банки Кампече до 18 мг Р/м 3 в 1965 г. Если же темп потребления выше скорости подъема, то содержание этих солей в поверхностных слоях остается невысоким. Так, в 1970 г. у северо–западного берега Африки наблюдалась холодная поднявшаяся вода с очень малым содержанием фосфатов: питательные соли были уже усвоены фитопланктоном, а вода еще не успела прогреться. Так что сама по себе малая величина содержания фосфатов и других солей может быть связана как с малым поступлением их в верхние слои, так п с высоким темпом их биологического потребления.

Для фотосинтеза необходим некоторый оптимум количества света. Если количество света на поверхности превышает эту величину, то максимум фотосинтеза, как определил В. В. Волковинский, смещается с поверхности на глубину 25–50 м. Это характерно для тропических широт. Световой оптимум для тропической Атлантики определен в 60–80 ккал/см 2 в день.

В результате локальных подъемов вод на общем фоне малой биологической продуктивности тропических вод резко выделяются районы высокой продуктивности. Первичная продукция здесь достигает очень большой величины, до 1 г и более против обычных 0,05‑ 0,01 г. С/м 2/сутки. За пределами зон подъема снабжение поверхностных слоев питательными солями происходит в основном вследствие медленно идущего турбулентного перемешивания.

Кислород в воду поступает из атмосферы и образуется в воде в процессе фотосинтетической деятельности фитопланктона. Максимум активности фитопланктона и соответственно максимум содержания кислорода обычно наблюдается на 25–50 м. Там вода часто перенасыщена кислородом. Но абсолютное содержание невелико, 4‑ 5 мл/л, из–за малой растворимости кислорода (и других газов) в теплой воде. Глубже содержание кислорода понижается, и на нескольких сотнях метров в тропиках находится слой минимума кислорода (1–3 мл/л). На большей глубине количество его опять повышается. В зонах апвелинга в верхние слои, часто на шельф, выходят воды, содержащие мало кислорода, и это во многих местах влияет на распределение бентоса и рыб.