ВходЭкосистемы континентальных вод. Гидросфера – водная оболочка Земли
Континентальные воды очень важны для человека, поскольку являются единственным надежным источником питьевой воды. Химический состав рек, озер и грунтовых вод сильно варьирует и контролируется преимущественно тремя факторами:
- - химией элементов;
- - режимами выветривания;
- - биологическими процессами.
Кроме того, сильное влияние на некоторые системы, обеспечивающие питьевой водой, может оказать деятельность человека.
Двадцать крупнейших рек Земли несут около 40% общего континентального стока, из которых на одну Амазонку приходится 15%. Но реки, в отличие от других малых составляющих гидросферы, являются быстрыми транспортерами воды. Вода в реках возобновляется намного быстрее, чем в любой другой части гидросферы. Поэтому, несмотря на сравнительно небольшой мгновенный запас воды в руслах, реки в течение года доставляют к устьям массу воды, равную 4,5 10 19 г.
Реки весьма разнообразны по своим размерам, глубинам и скоростям течения. Такой гигант, как Амазонка, крупнейшая река мира, характеризуется следующими показателями:
Длина почти равна радиусу Земли;
количество воды, проносимое через поперечное сечение, в устье составляет около 200 тыс. и 3 /с;
- площадь водосбора с территории 6,915 млн км 2 , что лишь ненамного меньше такого континента, как Австралия.
Характеристики десяти крупнейших рек мира приведены в табл. 2.2
Но большая часть рек - это средние, малые и совсем небольшие речушки и ручьи, длина которых может измеряться метрами.
Реки длиной от 101 до 200 км и площадью водосбора от 1 тыс. до 2 тыс. км 2 называются малыми. На территории СНГ насчитывается около 150 тыс. рек с длиной 10 км и более. Но если считать все реки с длиной много меньше 10 км, то тогда таких рек будет порядка 3 млн.
Общая длина малых, средних и больших рек превышает 3,9 млн км. В табл. 2.3 сравниваются средний глобальный химический состав речных вод и средний состав континентальной коры. Такое сравнение позволяет выделить две особенности:
- в растворенном состоянии в химическом составе пресной воды преобладают четыре металла, присутствующие в виде простых катионов (Са 2+ , Na + , К + и Mg 2+);
- ионный состав растворенных веществ в пресной воде принципиально отличается от состава веществ в континентальной коре, а именно концентрация ионов в растворе ниже концентрации ионов в коре.
Характеристики десяти крупнейших рек мира
Таблица 2.2
|
Наименование |
Площадь бассейна, млн км 2 |
Расход воды в устье, м 3 /с |
Континент |
||
|
Амазонка (с Мараньо- ном) |
|||||
|
Миссисипи (с Миссури) |
Северная |
||||
|
Обь (с Ирты- шом) |
|||||
Таблица 23
Сравнение среднего состава основных катионов в породах континентальной коры и речных водах
Общий характер растворимости солей в воде зависит от заряда и ионных радиусов z/r (рис. 2.1). Ионы с низкими значениями z/r высокорастворимы, образуют в растворе простые ионы, и ими обогащена фаза раствора речной воды по сравнению с фазой взвеси.
Рис. 2.1.
Ионы со средними значениями z/r относительно нерастворимы и имеют сравнительно большие отношения част- ица/раствор в речной воде. Ионы с большими значениями z/r образуют комплексные анионы (так называемые оксиа- нионы) и снова становятся растворимыми.
Ион кальция, высвобождаемый в процессе растворения известняка, выступает в качестве индикатора процесса выветривания. Отсюда отношение Na + /(Na + + Са 2+) можно использовать для разграничения источников ионов для пресной воды - дождевого и процесса выветривания.
Когда доминирующим катионом является натрий (существенен вклад морской соли), относительное содержание Na + /(Na + + Са 2+) приближается к единице.
Когда преобладает кальций (существенен вклад процессов выветривания), значения NaV(Na + +Ca 2+) приближаются к нулю. Состав растворенных солей в речной воде можно классифицировать, сравнивая относительное содержание Na + /(Na + +Ca 2+) с общим количеством ионов, присутствующих в растворе (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Изменение весового отношения Na + /(Na + + Са 2+) в зависимости от общего содержания растворенных твердых веществ и ионной силы для поверхностных вод.
Стрелки показывают эволюцию химического состава от истока и вниз по течению
Концентрация раствора электролита может быть выражена через ионную силу (/), определяемую как
где С - концентрация ионов i, моль л -1 ; z { - заряд иона г п - число ионов в растворе.
Поскольку ионная сила учитывает влияние зарядов разновалентных ионов, ее лучше использовать в качестве меры концентрации сложного раствора электролита, чем простую сумму молярных концентраций. Пресные воды имеют значения ионной силы в пределах от 10~ 4 до 10 _3 моль л -1 . Морская вода имеет довольно постоянную ионную силу, равную 0,7 моль -л -1 .
Гидросфера - водная оболочка Земли. Ее принято делить на Мировой океан, континентальные поверхностные воды и подземные воды.
Общий объем воды на планете - около 1 533 000 000 кубических километров (по измерению в 2013г.). Масса гидросферы - примерно 1,46·10 21 кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей планеты.
Океаны покрывают около 71% земной поверхности. Средняя их глубина составляет 3800м, а максимальная (Марианская впадина в Тихом океане) - 11022м. Океаническую кору слагают осадочный и базальтовый слои. В водах Мирового океана растворены соли (в среднем 3,5%) и ряд газов. В частности, верхний слой океана содержит 140 трлн тонн углекислого газа и 8 трлн тонн кислорода.
Поверхностные континентальные воды занимают лишь малую долю в общей массе гидросферы, но тем не менее играют важнейшую роль в жизни наземной биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Сверх того эта часть гидросферы находится в постоянном взаимодействии с атмосферой и земной корой.
Воду, которая находится в твердом состоянии (в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте), объединяют под названием криосферы. Переходы воды из одних частей гидросферы в другие составляют сложный круговорот воды на Земле.
Гидросфера перекрывается с биосферой по всей своей толще, но наибольшая плотность живого вещества приходится на поверхностные прогреваемые и освещаемые Солнцем слои, а также прибрежные зоны.
Именно в гидросфере зародилась жизнь на Земле. Лишь в начале палеозойской эры начался постепенный выход животных и растений на сушу.
Гидросфера включает воды океанов, морей, подземные воды и поверхностные воды суши. Некоторое количество воды содержится в атмосфере и в живых организмах.
Свыше 96% объема гидросферы составляют моря и океаны, около 2% - подземные воды, около 2% - льды и снега.
Поверхностные воды суши - воды, которые текут или собираются на поверхности земли: морские, озерные, речные, болотные и другие воды.
Мировой океан - основная часть гидросферы, непрерывная, но не сплошная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова и отличающаяся общностью солевого состава.
Мировой океан - регулятор тепла. Мировой океан обладает богатейшими пищевыми, минеральными, энергетическими ресурсами.
Океан - крупная часть Мирового океана, обладающая всеми свойствами, присущими Мировому океану. Мировой океан делится материками на:
Тихий океан (178.62 млн. кв.км);
Атлантический океан (91,6 млн.кв.км);
Индийский океан (76.2 млн.кв.км);
Северный Ледовитый океан (14.8 млн.кв.км).
Пока нет единого мнения о выделении Южного океана, омывающего берега Антарктиды.
Море - часть океана, более или менее обособленная сушей, островами или возвышениями подводного рельефа и отличающаяся от открытой части океана гидрологическим и метеорологическим режимом: соленостью, температурой вод, течениями и т.д. Чем более замкнуто море сушей, тем в большей степени оно отличается от океана.
Море - иногда открытая часть океана или крупное озеро.
По степени обособленности и особенностям гидрологического режима моря подразделяются на: внутренние, окраинные и межостровные.
Внутреннее море - море, глубоко вдающееся в сушу и сообщающееся с океаном или с прилегающим морем проливами. Балтийское море, Черное море, Азовское море - благодаря обильному речному стоку более распреснены, чем, например, Средиземное и Красное моря, имеющие повышенную соленость в результате воздействия засушливого климата, слабого влияния материкового стока и большого испарения. В зависимости от гидрологического режима внутренние моря делятся на внутриматериковые и межматериковые.
Озеро - природный водоем с замедленным водообменом. Озера располагаются в углублениях суши (котлованах), заполнены в пределах озерной чаши (озерного ложа) разнородными водными массами, не имеют одностороннего уклона.
Для озер характерно отсутствие непосредственной связи с Мировым океаном.
Озера служат естественными хранилищами воды, рыболовными угодьями; минерализованные озера дают химическое сырье. Различные типы озер различаются по происхождению озерной котловины, водному режиму, минерализации и химическому составу озерных вод, температурному режиму, органическому миру и другим признакам.
Река - естественный постоянный водный поток, протекающий в разработанном им русле и питающийся стоком атмосферных осадков со своего водосбора и подземными водами.
К важнейшим характеристикам реки относятся: длина, площадь бассейна, расход воды, структура стока по источникам питания, тип водного режима, уклон водной поверхности, ширина и глубина русла, скорость течения воды, ее температура, химический состав вод и др.
По условиям формирования режима и характеру различают равнинные, горные, озерные, болотные и карстовые реки.
В зависимости от размера различают большие, средние и малые реки.
По величине минерализации вод различают реки с малой, средней, повышенной и высокой минерализацией.
Ледник - движущееся естественное скопление льда и фирна на земной поверхности, возникающее в результате накопления и преобразования твердых атмосферных осадков при положительном многолетнем балансе. Площади ледников составляют от сотен кв. метров до нескольких млн. км 2 .
Ледники подразделяются на покровные, шельфовые и горные. Основными типами ледников суши являются горные и покровные ледники.
Подземные воды - воды, находящиеся в верхней (до глубины 12-16 км) части земной коры в жидком, твердом и парообразном состоянии. Подземные воды особенно ценны своей возобновляемостью в естественных условиях и в процессе эксплуатации. Количество подземных вод оценивается их запасами.
По условиям залегания подземные воды подразделяются на почвенные, верховодку, грунтовые, межпластовые.
По степени минерализации подземные воды делятся на пресные (до 1 г/л), солоноватые (1-10 г/л), соленые (10 до 35-50 г/л) и рассолы (более 35-50 г/л).
По температуре подземные воды делятся на переохлажденные (ниже 0С), холодные (0-20С) и термальные (выше 20С).
В зависимости от качества подземные воды делятся на питьевые и технические.
Болотные воды - воды, содержащиеся в болотах. Болотные воды обогащены природными органическими веществами.
Болото - участок земной поверхности, постоянно или большую часть года насыщенный водой и покрытый специфической болотной растительностью. В верхних горизонтах происходит накопление субстрата мертвых неразложившихся растительных остатков, со временем превращающихся в торф.
Болота возникают при зарастании озер, в результате переувлажнения почвы, при неглубоком залегании грунтовых вод и т.д.
Различают верховые, низинные и переходные болота. По преобладающей растительности различают лесные, кустарничковые, травяные, моховые болота.
Многолетняя (вечная) мерзлота - промороженные в течение длительного времени гонные породы верхней части земной коры, скованные замерзшей водой.
Многолетняя мерзлота (синий и голубой цвета) на карте России
Многолетняя мерзлота формировалась длительный период времени из-за промерзания грунта вследствие малого количества осадков и низких температур. Сохранение промерзших грунтов в настоящее время поддерживается благодаря низким температурам и малоснежным зимам резко континентального климата.
Зоны распространения многолетней мерзлоты:
1. Зона сплошного распространения
2. Зона прерывистого распространения
3. Зона островного распространения
Самая большая зона - зона сплошного распространения многолетней мерзлоты, она располагается на севере России. Многолетняя мерзлота образует различные формы рельефа: гидролакколиты, термокарстовые воронки, бугры пучения.
Влияние многолетней мерзлоты:
1. Формирование мерзлотных форм рельефа
2. Затруднение просачивания влаги внутрь почвы
3. Увеличение водности рек
4. Малоплодородные почвы
5. Удорожание и затруднение строительства
Континентальные водоемы
Континентальные водоемы, находящиеся в углублениях суши, могут быть естественными и искусственными. Первые представлены реками, озерами, болотами, родниками, временными водоемами; вторые – водохранилищами, прудами и каналами.
Реки – водоемы, водная масса которых перемещается от истока к устью вследствие разницы их положения над уровнем моря, т.е. под действием силы тяжести. Реки, выносящие свои воды в океаны или моря называются главными, а впадающие в них – притоками первого порядка. Реки, впадающие в притоки первого порядка, называются притоками второго порядка и т.д. Например, река Днепр является главной, Березина – ее притоком первого порядка, а Свислочь – притоком второго порядка
Совокупность всех притоков сбрасывающих воду в главную реку, образует речную систему. Часть суши, занятая речной системой и отделенная водоразделами от других подобных участков, образует речной бассейн, а поверхность, с которой она собирает воды, – водосборную площадь. На территории Беларуси находятся речные бассейны Днепра, Вислы, Немана, Западной Двины и Невы. Из них Днепр относится к водосборному бассейну Черного моря, а остальные реки – к бассейну Балтийского моря. Водораздел между бассейнами Черного и Балтийского морей на территории Беларуси образует Белорусская гряда – цепь возвышенностей, протянувшихся с юго-запада на северо-восток.
Реки обычно текут в понижениях – долинах. В них различают самую пониженную часть – ложе, линию, соединяющую самые низкие точки долины, – тальвег, углубление в ложе – коренное русло, по которому вода течет в межень (период между половодьями) и пойму – часть дна долины, по которой вода течет в половодье.
В межень обсохшее пойменное русло находится над уровнем воды, образую пойменную террасу. Выше пойменной террасы может располагаться один или несколько ярусов надпойменных террас. Последние представляют природные памятники предыдущих геологических эпох, когда русло реки залегало более высоко.
Линия сопряжения склона долины с прилегающей местностью называется бровкой. По поперечному течению реки выделяют прибрежную часть - рипаль, срединную – медиаль и участок с наибольшей скоростью течения – стрежень.
В направлении от истока к устью выделяются верхнее, среднее и нижнее течение реки. Верхнее течение относительно маловодное, здесь значительная крутизна уклона и высокая скорость течения воды. В среднем течении уклон русла уменьшается, река становится многоводнее за счет притоков, скорость течения падает. В нижнем течении, как правило, река наиболее многоводная, а скорость течения наименьшая. Наиболее известное исключение из этого правила – Нил, который наиболее полноводен в среднем течении.
Часто река в месте впадения в море или океан ветвится на многочисленные протоки, образующие дельту, или формирует узкий морской залив – эстуарий.
Движение воды в реках образует эрозию ее ложа, т.е. его размывание в глубинном и боковом направлениях. В результате боковой эрозии река, особенно в среднем течении, часто меняет очертания берегов, как бы блуждая по долине, образуя петлеобразные излучины (меандры).
Уровень воды в реках определяется соотношением поступления и расхода воды. Водное питание рек может быть дождевым, снеговым, подземным и ледниковым (обычно, у горных рек). У большинства рек питание смешанное, однако соотношение между отдельными его компонентами может существенно различаться по сезонам года.
Повышение уровня воды в реке, когда вода выходит на пойму, называется половодьем, или наводнением. В Беларуси половодье обычно бывает весной, в результате таяния снегового покрова, и осенью – в период осенних дождей. Самый низкий уровень воды обычно отмечается в конце лета – начале осени.
Родники представляют выходы подземных вод на дневную поверхность. Для большинства родников характерна относительно низкая (по сравнению с другими водоемами Беларуси) летняя температура. Как правило, температура воды в большинстве родников колеблется в достаточно узких пределах. Зимой она изменяется от –1,5 о С до 6,5 о С, а летом – от 6 до 12 о С. В результате этого, родники с достаточно высоким дебитом т.е. объемом подземных вод, вытекающих на поверхность в единицу времени, не замерзают даже в холодные зимы. Чем глубже расположен водоносный слой, тем ниже температура подземных вод и, соответственно, ниже температура воды в роднике. Чем выше дебит родника, тем меньше пределы ее годовых колебаний. Содержание кислорода в воде родников может быть очень высоким, в отдельных до 8,5 – 13,5 мл 0 2 л -1 .
Родники подразделяются на три основных геоморфологических типа – реокрены, лимнокрены и гелокрены.
Реокрен представляет собой излив воды из одного или нескольких близлежащих грифонов , т.е. выходов подземных вод на дневную поверхность. Грифоны выделяются характерным бурлением воды, захватывающим мелкие песчинки, детрит и другие донные отложения. Их диаметр в большинстве родников Беларуси изменяется от 1 – 2 см до 5 – 10 см, но в самых крупных, например, в Болцикском роднике, достигает 70 – 80 см.
Реокрены, как правило, находятся на склонах озерных котловин и речных террас, у основания гор, холмов или иных возвышенностей. Излив воды дает начало родниковому ручью, который стекает вниз по склону и обычно впадает в другой более крупный водоем. Заметное углубление и расширение русла у истока ручья отсутствует.
Лимнокрен при выходе подземных вод образует небольшой проточный водоем, или «ванну », из которой берет начало ручей. На дне ванны часто имеется достаточно мощный слой ила, листового опада, лесной подстилки и т.п. Как правило, на дне ванны имеются один или несколько грифонов.
Гелокрен характеризуется множественными очень мелкими выходами подземных вод на относительно ровную поверхность, в результате чего образуется топкое, заболоченное место. Совокупность нескольких близко расположенных гелокренов составляет «кренополе ». Обычно на гелокрене или кренополе берут начало один или несколько родниковых ручьев, скорость течения которых обычно сравнительно невелика. Гелокрены в зимний период, как правило, не промерзают до дна.
В чистом виде указанные типы родников встречаются сравнительно редко. Чаще имеют место смешанные или промежуточные формы, сочетающие признаки разных типов. Для их обозначения используются такие термины, как «гелореокрен», «реолимнокрен» и т.п.
Совокупность всех водотоков и водоемов, образуемых выходами родников от места их выхода на дневную поверхность до впадения в другой водоем или водоток или до места своего превращения в водоток смешанного питания определяется как «родниковый бассейн » .
Во многих родниковых ручьях, особенно, находящихся на открытой местности, вода после выхода на дневную поверхность летом достаточно быстро нагревается, а зимой – остывает. В таких местах температурные условия водоема уже не являются характерными для родника, как такового. Поэтому границей родникового бассейна считаются такие участки родниковых ручьев или иных водоемов, где температура воды отличается (в большую или меньшую сторону) более чем на 2,5 о С от таковой у выходов подземных вод. Для родниковых ручьев, в зависимости от дебита, это наблюдается уже в 20 – 30 м от их истока.
Озера представляют собой котловины различной формы и размера, заполненные водой. По происхождению озера различают тектонические, которые образовались в результате сдвигов и разломов земной коры (Байкал, Танганьика, Телецкое и др.), реликтовые, представляющие остатки древних морей (Каспийское и Аральское моря), ледниковые, возникшие при отступлении ледников (многочисленные озера Скандинавии, Карелии, озера Белорусского Поозерья), вулканические (находящиеся в жерлах вулканов), карстовые, котловины, которых образовались в результате разрушения карстовых (известняковых) пород.
По характеру водного режима озера могут быть бессточными , получающие воды из подземных источников и атмосферных осадков; сточными – с тем же характером питания, что и предыдущие, но имеющие сток; проточные , или речные – с притоком и стоком; устьевые , имеющие приток, но лишенные стока.
Котловина озера обычно образована подводной террасой, которая характеризуется постепенным слабым понижением суши. Далее следует свал с более крутым углом понижения и переходящий в котел, который занимает большую часть озерного дна.
Соответственно этому в донной части (бенталь ) выделяются:
Эулитораль – прибрежное мелководье, совпадающее с зоной полупогруженной растительности. Эта зона периодически осушается и заливается водой при сезонных колебаниях уровня воды озера.
Сублитораль , которая простирается до нижней границы распространения донной (погруженной) растительности.
Профундаль , охватывающая остальную часть озерного дна.
Рис. 2. Экологические зоны бентали и пелагиали озер. Слева – по Зернову (1949); справа – по Ruthner, 1962).
Первые две зоны бентали часто объединяются в литораль, а последняя зона имеется только в достаточно глубоких озерах (свыше 10 – 15 м).
Водная толща озера (пелагиаль ) делится на прибрежную часть, расположенную над литоралью и собственно пелагиаль, расположенную над свалом и котлом.
В период стагнации (отсутствие перемешивания) водная масса достаточно глубоких (свыше 10 – 15 м) озер по вертикали разделяется на три слоя:
Верхний слой (эпилимнион ), в котором температура испытывает резкие сезонные и суточные колебания;
Нижний слой (гиполимнион ), где температура в течение года меняется слабо и в глубоких озерах не превышает 4 – 6 о С;
Относительно тонкий промежуточный слой (металимнион ), или слой температурного скачка. В нем летний период имеет место резкий перепад температур между нагретыми водами эпилимниона и холодными водами гиполимниона.
По биологической классификации пресноводные озера подразделяются на ряд типов.
Эвтрофные озера (высокопродуктивные) – неглубокие (до 10 – 15 м) равнинные озера с обильным поступлением биогенных элементов (N, P, K). Летом в них в массовом развивается фитопланктон (в частности, цианобактерии), соответственно обильны бактерио- и зоопланктон, бентос и рыбы. Грунты илистые, прозрачность воды низкая, ее цвет от зеленого до буро-зеленого.
Литораль хорошо выражена, сильно зарастает макрофитами. Водная масса гиполимниона по сравнению с эпилимнионом мала, бедна кислородом, а в начале летней и зимней стагнации лишена его. Водная толща летом прогревается до дна.
Олиготрофные озера (малопродуктивные) Обычно они расположены на кристаллических породах, глубокие (свыше 30 м). Гиполимнион, по объему превосходящий эпилимнион, относительно богат кислородом.
Озера характеризуются слабым поступлением биогенных элементов, поэтому фитопланктона в них мало. Соответственно, количественно бедны бактерио- и зоопланктон, бентос; рыбы относительно мало. Прозрачность воды высокая, гуминовых веществ очень мало, литораль развита слабо, донные отложения бедны органикой. Цвет воды близкий к голубому.
Мезотрофные озера (среднепродуктивные) занимают промежуточное положение между двумя указанными типами.
Дистрофные озера (недостаточно кормные) представляют неглубокие водоемы с сильно гумифицированной водой, часто заболоченные с торфянистыми отложениями на дне. Последние исключают контакт воды с грунтом, поэтому она слабо минерализована, бедна биогенными элементами.
Планктон и бентос очень бедны, рыба часто вовсе отсутствует.
Болота – представляют неглубокие скопления воды, частично или полностью закрытые сверху растительностью. Болото – нечто переходное между водой и сушей, при этом провести четкую границу между заболоченными водами и заболоченной сушей невозможно. Обязательный признак болот – образование торфа из отмирающего мха и других водных растений.
По характеру водного питания, условиям залегания и составу растительности болота подразделяются на низинные , или эвтрофные ; верховые , или олиготрофные ; переходные , или мезотрофные .
Низинные болота располагаются в понижениях рельефа, поверхность их вогнутая или плоская, в питании основную роль играют грунтовые воды, речные разливы, поверхностный сток и атмосферные осадки.
Верховые болота находятся на повышенных формах рельефа, имеют выпуклую поверхность, питаются атмосферными осадками.
Переходные болота занимают промежуточное положение.
Искусственные водоемы сооружены человеком. Рассмотрим лишь важнейшие их типы.
Водохранилища – крупные водоемы с замедленным водообменном.
Топические группировки водных организмов
В водных экосистемах существуют специфические биоценозы донных организмов и обитающих в водной толще, называемые соответственно бентос и планктон . Далее сообщество донных бактерий называется бактериобентос , растений – фитобентос и животных – зообентос . По тому же принципу выделяют бактериопланктон , фитопланктон и зоопланктон.
В морских экосистемах фитобентос образуют исключительно многоклеточные водоросли – красные, бурые и др.; виды цветковых растений, например, зостера Zostera marina ,здесь единичны. В фитобентосе пресных водоемов, напротив, доминируют погруженные и полупогруженные цветковые растения, а многоклеточные водоросли (харовые, зеленые и др.) имеют второстепенное значение.
Фитопланктон в обоих случаях представлен одноклеточными водорослями; в морских экосистемах доминируют диатомовые, а в пресноводных – зеленые водоросли. К пресноводному фитопланктону (а не к бактериопланктону) также обычно относят и цианобактерий. Последние периодически, обычно во второй половине лета, могут достигать очень высокой численности и биомассы («цветение воды ») и тогда вытесняют остальные виды водорослей.
К зоопланктону относят достаточно мелких животных, не способных противостоять течению воды, хотя многие их виды в стоячей воде способны к активному плаванию. В зоопланктоне пресных водоемов представлены преимущественно мелкие формы – веслоногие и ветвистоусые ракообразные и коловратки. Зоопланктон морских водоемов значительно более разнообразен. В нем помимо мелких ракообразных (преимущественно веслоногих, мизид и эуфаузиид), аппендикулярий и других, присутствуют и значительно более крупные медузы и сальпы; последние, наряду с аппендикуляриями, относятся к разным подтипам хордовых. Значительную долю в зоопланктоне континентальных и морских водоемов составляют личинки многочисленных видов бентосных животных, выполняющие функцию расселения, а также личинки и мальки рыб.
Сестон – это вся совокупность взвешенного вещества в толще воды. Он включает как живое вещество (плактон ), так и мертвое органоминеральное вещество с ассоциированными с ним микроорганизмами (детрит ).
Зообентос континентальных водоемов в видовом отношении достаточно однообразен – в нем доминируют брюхоногие и двустворчатые моллюски, членистоногие (почти исключительно ракообразные и насекомые и их личинки) и кольчатые червы из отряда малощетинковых. Напротив, в зообентосе морских водоемов представлено большинство таксонов водных животных, поэтому его можно здесь охарактеризовать лишь в самых общих чертах. В первую очередь необходимо отметить коралловых полипов, которые как виды-эдификаторы в экосистемах коралловых рифов создают среду обитания для многочисленных видов морских водорослей, беспозвоночных и рыб. Значительная роль в морском зообентосе также принадлежит двустворчатым и брюхоногим моллюскам, кольчатым червям, ракообразным, иглокожим, асцидиям. В зообентосе глубоководных океанических экосистем доминируют погонофоры.
Сообщество водных организмов, постоянно обитающих в толще воды, но способных активно плавать и противостоять течению, называется нектон . Нектон пресных водоемов образуют почти исключительно рыбы. В нектоне морей и океанов наряду с ними присутствуют головоногие моллюски (кальмары, осьминоги) и морские млекопитающие (киты, дельфины, дюгони).
Сообщества, образующие обрастания на вертикальных естественных (скалы, камни, подводные растения) и искусственных (сваи, подводные сооружения, днища судов) подводных субстратах, называются перифитоном . Он подразделяется на зоо- и фитоперифитон .
Сообщества зоо- и фитоперифитона континентальных и морских водоемов в таксономическом отношении достаточно сходны. В зооперифитоне присутствуют губки, мшанки, моллюски, нематоды, полихеты и др. Для морских сообществ характерно также наличие усоногих ракообразных и иглокожих. Видами-эдификаторами в разных сообществах зооперифитона могут являться двустворчатые моллюски, образующие устричные
Все растения обитают только в эпипелагеале (200-250 м).
Супралитораль: Своеобразная зона. Соединяет признаки моря и суши. В зоне прибоя. Условия существования экстремальны. Фауна имеет двойной генезис: наземный и морской: влаголюбивые но типично наземные. Эврибионты по всем факторам среды. Выделяют: скалистую (водоросли, лишайники, крабы) и пологую - зону брызг (выбросы морской травы, детритов, мокрецов, пауков, лежбища моржей, тюленей). Наиболее выражена в умеренной зоне. Высокопродуктивна.
Литораль: Зона приливов и отливов. Нижняя граница - урез воды. Верхняя определяется приливом. Это одна из высокопродуктивных зон. Условия жизни не очень благоприятны, поэтому видовое разнообразие никое, но численность высокая. Место откорма многих шельфовых рыб. Уровень и характер развития донной фауны будет определяться высоким колебанием уровня прилива периодичностью осушения той или иной зоны.
Сублитораль: шельфовая зона (от уреза воды до склона). Самая богатая зона. Четко разделена на 2 подзоны: сублитораль (от уреза воды до нижней границы распространения водорослей. Самая продуктивная зона) и псевдоабиссаль (отсутствие растительности, фауна живет за счет детрита).
Батиаль: от начала склона до материкового подножия. Опоясывает все материки и острова (1/3 суши). Рельеф сложен, он связан с транспортировкой органического вещества от шельфа к ложу. Самая малоизученная зона.
Абиссаль: занимает 77% МО. Характерна монотонность, стабильность факторов среды. Главная особенность: ограниченность пищевых ресурсов. Детрит становится несъедобным (соединения не усваиваются). Качественноя бедность при количественной сверхбедности.
Ультраабиссаль: зона приурочена к глубинам выше 6тыс м. Особенность: разобщенность. Специфические, монотонные факторы среды. Самый экстремальй фактор - давление (больше 6-11тыс. атм.). Фауна специфична: 60% эндемики.
Абиссогидротермаль: Гидротермальные источники срединно-океанических хребтов («Чёрные курильщики») -- действующиена дне океанов многочисленные источники, приуроченные к осевым частям срединно-океанических хребтов.
Из них в океаны поступает высокоминерализованная горячая вода. Их вклад в тепловой поток Землисоставляет порядка 20%, ежегодно из них истекает порядка 3,5Ч10 9 тонн высокоминерализованной горячей (350°C) воды через чёрные курильщики, и порядка 6,4Ч10 11 тонн из низкотемпературных источников (20°C).
Гидротермальные океанические источники выносят растворённые элементы из океанической коры в океаны, изменяя кору и внося весьма значительный вклад в химический состав океанов. Совместно с цикломгенерации океанической коры в океанических хребтах и её рециклирования в мантию, гидротермальное изменение представляет двухэтапную систему переноса элементов между мантией и океанами. Рециклированная в мантию океаническая кора, видимо, ответственна за часть мантийных неоднородностей.
Гидротермальные источники в срединно-океанических хребтах -- среда обитания необычных биологических сообществ, получающих энергию из разложения соединений гидротермальных флюидов. В океанической коре, видимо, находятся самые глубокие части биосферы, достигающие глубины 2500 метров.
Гидротермальные источники вносят значительный вклад в тепловой баланс Земли. Под срединными хребтами мантия подходит наиболее близко к поверхности. Морская вода по трещинам проникает на значительную глубину, там путём теплопроводности нагревается мантийным теплом и кристаллизуется в магматических камерах. Нагретая вода расширяется, устремляется к поверхности и там изливается из источников различного типа.
Две группы водоемов:
l Стоячие
l Текучие
Водоемы – водотоки:
l Естественные (реки озера)
l Искусственные (пруд, водохранилище)
По степени солености:
1. пресные (подземные.воды, реки)
2. солоноватые
3. соленые
4. горькосоленые
РЕКИ
Водотоки, вода в которых перемещается от истока к устью под действием силы тяжести
Две группы рек:
l главные (впадают непосредственно в океаны, моря, озера)
l притоки (впадают в главную реку)
Первого
Второго
Третьего порядка
Водосборная площадь – площадь с которой главная река собирает притоки
Ложе – где непосредственно течет река
Пойма – часть суши, которая заливается водой при половодье
РЕКА + ПОЙМА + ТЕРРАСА = ДОЛИНА
Рипаль – часть воды, прилегающая к берегу
Стрежень – участки реки с более быстрым передвижением воды
Медиаль – середина реки (более глубокая)
Русло реки от истока к устью:
l верхнее течение (скорость более высок., каменистое дно, отсут.осадочных грунтов)
l среднее (замедляется;отложение частиц седиментация ; формирование грунта; более полноводная)
l нижнее (плавное течение, песчаные грунты, мощные осадочные наносы, полновод)
2 формы устья:
l дельта (обширные мелководья)
l эстуарии (глубоководные морские заливы)
Реобионты – организмы, которые населяют реки
Реопланктон:
l бактерии
l водоросли (зеленые, диатомовые)
l простейшие
l мелкие ракообразные
Реобентос :
l реозообентос
Сиртон – обитатели бентоса, которые оказались в толще воды.
l Эконосиртон – всплыли добровольно
l Эврисиртон – вымытые потоком воды
Биосток – снос организмов
Литофилы – обитатели каменистых грунтов (личинки ручейников, пиявки)
Аргиллофилы – на глинистых грунтах (паденки, ручейники)
Псаммофилы – в песчаных грунтах (нематоды,моллюски, раки)
Пелофилы – илистые грунты (моллюски, простейшие)
Реонектон:
Реонейстон : очень беден из-за течения воды
Перифитон : - обрастатели субстратов (Бенинг)
ОЗЕРА
Континентальный водоем, котловина которого заполнена водой.
Классификация по генезису :
1. Реликтовые (остатки обширных др.морей; Тетис о.Балхаш)
2. Тектонические (движение плит разломы; о.Байкал)
3. Пойменные (остатки былого русла реки)
4. Морские (остатки отшнуровавшегося моря; лагуна, лиманы)
5. Термокарстовые (протаивание ледников; в Карелии)
Части озера
1 – литораль – прибрежное мелководье
2 – сублитораль – снижение ко дну
3 – профундаль – глубоководная часть
Классификация озер по наличию органики (Тинеман):
1. Олиготрофные (много кислорода, глубоководные, дно каменистое, мало органики)
2. Эвторфные (более прогреваются, больше органики, есть осадочные грунты)
Осадочные грунты: автохтонные (образ.в самом дне)
аллохтонные (переносятся с суши)
3. Мезотрофные (промежуточные св-ва м/у 1 и 2)
4. Дистрофные (много гуминовых в-в, кислая рН, много органики, мало кислорода)
Классификация озер по солености:
1. пресные (менее 0,5 %о)
2. солоноватые (16 %о)
3. соленые (до 47 %о)
4. горькосоленые (больше 47 %о)
Сапропель – автохтонного происхождения слой органики-минералов
Лимнобионты – организмы, населяющие озера
l Лимнопланктон (водоросли, бактерии, простейшие)
Лимнобентос (богат в литорали, сублиторали; Макрофиты – полупогруж. раст.)
l Лимнонейстон (насекомые, клопы)
l Лимнонектон (рыбы, ластоногие)
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ
3 группы:
l Пещерные (крупные полости)
l Фриатические
l Интерстициальные (пустоты в песчаных грунтах)
Условия:
l Темнота (афотические, олигофотические, эвфотические)
l Жесткость воды
Троглобионты – обитатели подземных вод. Древние, малоизменившиеся формы.
Редукция органов зрения; Отсутствие яркой окраски.
l Простейшие
l Бактерии (хемосинтетики)
l Водоросли (в афотической зоне)
l Фитофаги (рачки – гелиофобы)
Аридные экосистемы: степи, пустыни, саванны.
Степи
Травянистый тип растительности, ксерофитного характера, занимает значительные пространства в умеренном поясе сев.полушария.
Безлесные сообщества многолетних ксерофитных трав (злаковые ассоциации). Лесные группировки встречаются лишь по долинам круп.рек, а также на песках надпойменных террас (сосновый бор). Для сев.степей СНГ характерно преобладание разнотравий и высокая видовая насыщенность. Для юж.растительных группировок характерно господство злаков и разреженный травяной покров.
Целинные степи только в заповедниках:
· Аскания-Нова
· Стрелецкая степь
· Хамутовская степь
· Степи Наурзумского заповедника в сев.Казахстане
В Сев.Америке злаковые экосистемы называются прерии (от юж.Канады до Мексиканского нагорья)
Многолетники (ковыль, житняк). В настоящее время это пашни/пастбища.
Пампасы и Пампы .
Злаковые экосистемы юж.Америки отлич.отсутствием –t в зимний период.
Аналоги степей юж.Африки – вельды.
Условия среды в степях Евразии:
1. континентальный климат (жаркое лето и малоснежная суровая зима)
2. незначительное кол-во осадков (250-450 мм/год и неустойчивый режим)
3. постоянные ветры (летом суховеи)
Адаптации растений:
l доминирует жизненная форма – гемикриптофиты
Многолетники > 60%
Однолетники 15%
Хамефиты 10%
Фанерофиты <1%
l широко распространены узколистные, ксероморфные, дерновинные злаки (типчак)
l преобладают ксерофиты с разными адаптациями (опушение, восковой налет)
l многообразие геофитов (террафиты) – это эфемерные луковичные раст.-тюльпан
Адаптации животных:
Фауна разнообразна: преоблад.гадюки, грызуны, ящерицы и др.
Пампы – лисица, патогонская ласка
Прерии – коеты, антилопы, луговые собачки.
l Бег на большие расстояния
l Преобладание фолеобионтов
l Эстивация (сурки)
l Сумеречный, ночной образ жизни
Пустыни
Засушливая территория, которая характеризуется скудной растительностью или ее полным отсутствием из-за малого кол-ва осадков или почвенной аридности.
Засуха – глав.особенность пустыни. Климатическое или почвенное явление, характеризующееся длительным отсутствием атм.осадков при высокой Т и инсоляции (солнечная радиация) приводящая к падению относит.влажности воздуха до 30% и ниже и влажности почвы < 50% от наименьшей влагоемкости, к повышению концентрации почв.р-ра до токсической величины.
35% суши занимают.
По хар-ру сезонного распределения осадков 4 типа пустынь:
1. с осадками в зимний период (Средиземноморский тип)
– Каракумы
Север Аравийского п/ова
Пустыня Виктория в Австралии
Пустыни Ирана
2. с осадками летом
Тар – Пакистан
Мексиканские пустыни
3. с нерегулярными осадками (экстрааридные)
Центр Сахары
Такламакан – центр.Азия
Атакама – Чили
- «пустыни туманов» - влага от туманов, нет дождей – Намиб
4. пустыни без ясно выраженного сезона дождей
Классификация пустынь по особенностям почвогрунтов и подстилающих пород: литоэдафические, 1973 – Петров :
1. песчаные на рыхлых отложениях древ. аллювиальных равнин
2. песчано-гпаличные и галичные на третичных и меловых структурных плато
3. щебнистые гипсированные на третичных плато
4. щебнистые на предгорных равнинах
5. каменистые на низкогорьях и мелкосопочниках
6. суглинистые на слабокарбонатных покровных суглинках
7. лессовые на предгорных равнинах
8. глинистые такыровые на предгорных равнинах и в дельтах рек
9. солончаковые в засоленных депрессиях и по морским побережьям
Условия среды в пустынях:
1. сухой климат (атм.осадки <250 мм/год или их полное отсутст;высок.испоряемость)
2. высокие Т летом; мах +58С; низкие Т зимой в умеренном поясе.
3. гиперинсоляция
4. резкий перепад суточной Т
5. глубокое залегание грунтовых вод
6. перегрев пов-ых горизонтов почв до +87,8С
7. подвижность и засоленность субстрата
8. постоянные ветры: Сахара - сирокко
Ср.Азия – санум
Египет - хамсин
Уровень экстремальности среды – сочетание всех факторов лимитирующих жизнедеятельность и распространение организмов.
Индексы оценки экстремальности среды:
1. «Годовая испаряемость» (с открытой водн.пов-ти)
l Сухие степи / полупустыни 75-120 см
l Пустыни умер.пояса 120-175 см
l Пустыни субтропиков 175-225 см
J = R / Q где R - радиационный баланс
Q – сумма тепла необход.для испарения годов.кол-ва осадков
п/пустыни 2,3 – 3,4
пустыни > 3,4
Адаптации растений:
Возникают адаптивные дилеммы: открыв. устьица для поглощения СО2 они теряют влагу в результате транспирации. Подставляя листья для поглащения света, возможен перегрев.
l Однолетники (цветут во время дождей, быстрое созревание семян)
l Эфимероиды – гелиофиты, геофиты, террафиты
l Псаммофиты – приспособлены от засыпания песком
l Многолетники с надземн.пост.органами. Листья редуцированы в колючки.
l Низкие кустарники (хамефиты ) в период активного роста во влажн.сезон. В сухой сезон листья отмирают в акропетальной последовательности (от верхушки побега к основанию назыв. Засухолистопадные - полыни)
l Кустарники с редуцированными чешуйчатыми листьями (саксаул)
l Злаки – листья в трубочку и корневая с-ма на большую глубину
l Растения с полным отсутствием листьев (фотосинтез в стеблях – эфедра песчаная)
l Разреженность раст.покрова – низкое проективное покрытие
l Суккуленты (алоэ, кактус)
l Защита от перегрева путем отражения солнечной радиации (тонкие волоски, восков.налет)
Адаптации животных:
l Снабжение водой: - животные которые пью редко (верблюд, сайгак)
Преобладание фитофагов (песчанка)
l Защита от перегрева:
Прекращение активности
Ночно – сумеречный образ жизни
Длинные лапки у насекомых
Яйца насек. и др.б/позв. могут сохраняться в почве неск.лет до дождя (эфимеры)
Бледные перья птиц и светлая шерсть млекопитающих
Длинные тонкие конечности, длин.шея увеличив. площадь пов-ти тела, с которой
можно излучать тепло
Эстивация
Запасание семян в период дождей
Учащенное дыхание, потоотделение, облизывание меха
l Пищевая: сниж.пищевая элективность полифагия
Саванны
Тропические злаково-древесные сооб-ва с ярковыраженной сезонной ритмикой развития.
Африка до 40%
Юж.Америка - льянос
С-В Австралии
Кол-во осадков 500 – 1500 мм/год
3 типа саванн по продолжительности засухи:
l Влажные (засуха 2,5 – 5 мес; высота жестколиств.злаков 2-5 м. – баобаб, акация)
l Сухие (засуха до 7,5 мес; высота деревьев ниже; нет сплошного покрова злаков; листопадные деревья)
l Колючие (засуха до 10 мес; разреженный травостой сочетается с низкорослыми деревьями и кустарниками - терновник,кактус)
Саванны по генезису:
l Климатические (коренные)
l Вторичные (на месте пожаров и вырубок тропич.лесов)
l Эдафические (на затвердевших латеритах, где корни деревьев не могут добраться до водоносных горизонтов)
Адаптации растений:
l Сбрасывание листвы в засушливый период
l Листья превращаются в колючки
l Характерны суккуленты (баобаб, бутылочное дерево)
Адаптации животных:
l Миграции и кочевки по саванне период засухи.
44. Экосистемы умеренных и высоких широт (тайга, тундра)
Тундра
Зональный тип растительности. Занимает сев.окраины Евразии и Сев.Америки. Южные границы совпадают с июльской изотермой +10С
1. низкие Т воздуха
2. краткий вегетационный период (60 дней)
3. многолетняя мерзлота
4. низкое кол-во атм.осадков 200-400 мм
5. глеево-болотные почвы
Классификация с севера на юг:
1. Полярные пустыни (арктическая тундра)
l о-ва Франца – Иосифа
l сев.Земля
l о-в Шпицберген
l о-в Гренландия
l сев.часть п/ова Таймыр
Наземное оледенение. Полярная ночь – день. Разреженная раст-ть (мох, лишайник)
2. Мохово-лишайниковые тундры
Мхи и лишайники нуждаются в снеговой защите от сильных ветров. Среди мхов преобладают хеонофилы (ягель). Среди мхов встречаются злаки, осоки, карликовая береза и полярная ива.
3. Кустарниковые тундры
Карликовая береза, голубика, черника, некоторые виды ивы. Роль мхов и лишайников снижена – не образуют сплошного покрова. Кустарнички образуют густой сомкнутый ярус 30-50 см, который способствует задержанию снега.
4. Лесотундра
Классификация растительных сообществ тундр на основании 3-х глав.признаков:
1. Характеристика растительности
l Лишайниковая
l Моховая
l Травяно-моховая
2. Характеристика субстрата
· Глинистый
· Суглинки
· Каменистый
3. Характеристика рельефа
· Бугристый
· Кочковатый
· Полигональный
Адаптации растений:
1. флора относительно бедна < 500 видов
2. в Евразии 2 тундровых однолетника – кенигия, горечавка. Отсутствие однолетников обусловлено коротким вегетационным периодом.
3. распространены растения – долгожители
l ива арктическая 200 лет
l карликовая береза 80 лет
l багульник 95-100 лет
4. многие тундровые растения начин.фенологический цикл с подснежной вегетации.
5. зимостойкость (корневища до -60С, наземные части до -50С)
6. преобладают 2 жизнен.формы растений: стелющиеся и подушкообразные
7. поверхностная корневая система
8. деревья (фанерофиты) проникают только в самые южные части тундры. Ветви у деревьев располаг. По направлению преобладающих ветров (форма флага)
9. растительные сообщества отличаются малой ярусностью
10. разреженный характер растительности
Тайга
Бореальные хвойные леса умеренного пояса сев.полушария (Евразия и Сев.Америка)
Флористический состав древесных пород беден:
Сибирь – 2 вида лиственницы
2 вида ели (Сибирская, Альянская)
2 пихты (Сибирская, Дальневосточная)
2 сосны (Сибирская, Кедровая)
Причина однообразия : четвертичное оледенение, которое уничтожило третичные леса
Характеристика среды:
l умеренный (бареальный) климат
l широкое распространение вечной мерзлоты
l короткий безморозный период
l холодная зима с устойчивым снежным покровом
l значительная среднегодовая сумма осадков до 800 мм.
Адаптации растений:
1. Господствующее положение у древесных пород, способных длительное время пребывать в состоянии покоя при минимальных тратах на дыхание и испарение
2. Низкие Т почвы, обусловленные вечной мерзлотой (один из ф-ов ограничивающих географическое распространение хвойных)
3. Явное преимущество мерзлотных районов у деревьев с боковыми корнями.
Адаптации животных :
Разнообразен животный мир: 90 видов млекопитающих; 250 видов птиц в РФ
Дендрофилы и кровососущие
l Гипернация (зимняя спячка)
l Миграции и кочевки
l Адаптации к экстремальным зимним условиям (к снегу, запасание кормов, теплоизолирующие покровы, переход к социальному образу жизни – волки)