6.3. Функціональна роль гідросфери

Водне середовище було першим, у якому виникло і розповсюджувалося життя. Як середовище існування воно має ряд специфічних властивостей, як-от: велика щільність на відміну від надземної, значні перепади тиску, відносно малий вміст кисню, слабке поглинання сонячних променів тощо.

Водойми відрізняються за розмірами, сольовим складом, швидкістю горизонтальних переміщень, вмістом суспендованих (завислих) часток, типом донних відкладень тощо.

Загальний об’єм води на Землі складає 1460 млн км³, із них у Світовому океані — 1370 млн км³ (тобто 93,84 %). Вільної гравітаційної води у земній корі до глибини у 5 км — 60 млн км³, усіх озер — 0,75 млн км³, льодовиків і вічних снігів — 29, ґрунтової та підґрунтової вологи — 0,065, вологи в атмосфері — 0,014 млн км³, у річках —1,2—2,0 тис км³.

Світовий океан. Головну масу гідросфери Землі складають води Світового океану. Займаючи 2/3 поверхні земної кулі, Світовий океан поглинає основну масу сонячної радіації, яка надходить на планету. Завдяки високій теплоємності вода поглинає на 25—50 % більше тепла, ніж поверхня суходолу, розташована в тих самих широтах. Зміни температури у полярних басейнах не перевищують 14—15 °С, у жарких — 2—3° С. У середніх і високих широтах у літній період водні маси акумулюють тепло, узимку — віддають його до атмосфери, в екваторіальних областях — сприяють охолодженню повітря. Тепло, яке поглинається океаном у низьких широтах, переноситься течіями у більш високі широти і навпаки: із полярних морів до екваторіальних вод, охолоджуючи їх.

Випаровування води з океану обумовлює постійний обмін між водами суходолу та атмосфери. Щорічно з океану випаровується близько 449 тис. км³ води. Більша її частина (411,6 тис. км³) випадає знову в океан, решта виноситься на континенти та випадає над суходолом. Ці опади живлять озера та річки, з яких повертається до океану 37 тис. км³.

Океанічна вода спричиняє значний вплив на клімат усієї планети, беручи активну участь у його формуванні. Течії, які утворюються у Світовому океані, є природним транспортним засобом перенесення планктонних організмів, що значною мірою обумовлює різноманіття трофічних ланцюгів і біопродуктивність акваторій.

Велике значення має також вертикальна циркуляція води. Вона створює умови, необхідні для живлення планктонних водоростей мінеральними сполуками, що виносяться з глибин у поверхневі шари. Там, де вертикальна циркуляція інтенсивніша, відмічається і бурхливий розвиток планктону (рослинного, а за ним і тваринного).

Світовий океан відіграє надзвичайно важливу роль в обміні речовин і потоках енергії у планетарному масштабі. У процесі первинної продукції щорічно виділяється у повітря понад 36 млрд т кисню, споживається 4 млрд т нітрогену, 0,5 т фосфору, 1,2 т заліза, які компенсуються редуцентною діяльністю величезної кількості бактерій, утворюючи їх стабільний склад у всій системі.

Світовий океан — середовище існування великої кількості представників рослинного та тваринного світу і світу мікроорганізмів. Нині засвідчено понад 160 тис. видів тварин і близько 15 тис. водоростей (із кожним роком ці показники зростають у зв’язку з відкриттям нових видів).

Найбільшим видовим різноманіттям серед тварин відрізняються молюски (65 тис.), ракоподібні (25 тис.), риби (понад 20 тис.), найпростіші та голкошкірі (11 тис.), кишковопорожнинні (10 тис.), вільноживучі черви (6 тис.), губки (5 тис.), моховатки (2,7 тис.), нижчі хордові (2 тис.). Водні хребетні в основному представлені ссавцями, які налічують близько сотні видів.

Океан відіграв величезну роль у походженні сучасних вищих таксонів тваринного й рослинного світу. С. А. Зенкевич (1951) визначив у відсотках походження класів і підкласів сучасної фауни та флори (табл. 6.1).

Таблиця 6.1. Відносне значення (%) головних середовищ у походженні класів і підкласів рослин і тварин

Царство		Області походження
	океан	прісні водойми	суходіл	усі області
Тварини	76	6	18	100
Рослини	50	8	42	100

Внаслідок еволюції та розповсюдження організмів у різних екосистемах біосфери протягом сотень мільйонів років збереглося й дотепер переважання організмів вищих таксонів (класів) у Світовому океані, де мешкає в середньому 74 % сучасних класів рослин і тварин, 59 % — у прісних водоймах і лише 44 % на суходолі. У той же час видове різноманіття організмів на суходолі перевищує океан у 100 разів.

Залежно від морфології, незважаючи на розмір, водні організми (від мікроскопічних одноклітинних до гігантських — розмірами понад 30 м і вагою понад 100 т — тварин і від мікроскопічних водоростей до гігантських сланей макроцистісу у 60—80 м довжиною) за способом життя поділяють на три головні групи: планктонні (ті, що пасивно пересуваються у водному середовищі, — наприклад дрібні ракоподібні, одноклітинні, які мешкають у товщі води), нектонні (ті, що рухаються активно, — наприклад риби, китоподібні) та бентосні (ті, що живуть на поверхні чи в донному субстраті або прикріплені до твердого донного субстрату, — наприклад корали, більшість двостулкових молюсків, плечоногі тощо).

Океан значно розширює межі біосфери по вертикалі. Організми сягають глибини 11 км від поверхні води. Якщо на суходолі товщина шару біосфери може коливатися у межах 24—26 км, то з урахуванням глибини океану вона збільшується до 28—30 км, тобто на 23—25 %.

Таким чином, головна функціональна роль Світового океану перш за все полягає у:

• формуванні клімату на планеті;

• значному поглинанні й утилізації сонячної енергії та перерозподілі її у біосфері;

• постійному обміні між водами суходолу та атмосфери через випаровування;

• створенні своєрідних середовищ існування для всіх груп організмів;

• розширенні меж біосфери;

• походженні та розвитку життя на планеті у часовому просторі;

• розподілі планктонних організмів, обумовленому горизонтальними течіями та вертикальною циркуляцією води;

• в утворенні первинної та вторинної біологічної продукції, рештки якої є основним джерелом постачання продуктів харчування у суспільстві.

Прісноводні водойми. Прісноводні екосистеми займають за своїми обсягами у біосфері незначне місце. Вся прісна вода складає 6,16 % загального її обсягу. Але та, що утворює функціонально найактивніші екосистеми, розташовані на континентах, складає лише 0,053 % загального обсягу води (0,84 % від прісної води). Серед прісноводних екосистем озера значно переважають (99,73 % обсягу води, річки — лише 0,27 %). Проте роль річкових долин у планетарному масштабі значна. Вони утворюють глобальний стік на поверхні планети із значної маси мінерало-органічних сполук в океан, збагачуючи поживними речовинами субекваторіальну зону та інтенсифікуючи біопродуційний процес. Прісноводні екосистеми утворюються й існують за рахунок постійного поповнення атмосферних опадів, танення снігів і льоду, підземних джерел. Прісноводні водойми утворюють оптимальне середовище для існування лімфофільних (в озерах, водосховищах, ставках) і реофільних (у річках) організмів. В озерних екосистемах, подібно до морських, утворюється вертикальна екологічна зональність, у кожній з яких формуються особливі системи з відповідними флористичними та фауністичними угрупованнями — пелагічними та бентосними організмами. У річкових екосистемах, завдяки наявності течії та високому ступеню перемішування водних мас, вертикальна структура майже не виражена. У поперечному профілі чітко розрізняють прибережну зону — риналь і відкриту — медіаль. У риналі швидкість течії сповільнена, часто утворюються затоки, формуються зарості водних макрофітів — вищих водних рослин. Супраліторальна зона часто заливається сезонними повенями. Медіаль характеризується значним турбулентним обміном водних мас, відсутністю вищих водних рослин і пануванням реофільних організмів.

Річкові екосистеми відіграють значну роль у відтворенні рибних запасів для лиманів, утворених гирлами річок, що мають перехідну екологічну зону між річками та морями з солонуватою водою, і для морів. Із них на розмноження піднімаються так звані напівпрохідні та прохідні риби, нерестові ділянки яких знаходяться на відстані декількох сотень або тисяч кілометрів від основного місця їх існування. Після розмноження відбувається приплив молоді риб (личинок, цьоголіток) у лимани та моря, що постійно поповнює їх запаси. Особливу роль відігравали річкові екосистеми до їх зарегулювання у відтворенні найцінніших промислових риб — осетрових, а на Далекому Сході — лососевих. Подібну роль виконують річки у системі великих озер.

Озерні екосистеми мають різні масштаби: від незначних (1—2 га) до кількох сотень квадратних кілометрів. Біогеоценотична вертикальна зональність проявляється в озерах помірних широт. У водній масі — пелагіалі виділяють три горизонти: поверхневий горизонт (5—8 м), де відбувається активний фотосинтез (епілімніон), середній горизонт (8— 14 м), де фотосинтез загальмовується (металімніон) і нижній горизонт (від 14—15 до максимальних глибин), де фотосинтез припиняється (гіполімніон). В епілімніоні вода влітку добре прогрівається й перемішується; біомаса здебільшого представлена продуцентами та консументами. Металімніон являє собою перехідну екологічну зону з переважанням консументів. У гіполімніоні автотрофні організми відсутні, гетеротрофна частина біоценозу збіднюється і стає одноманітнішою з переважанням редуцентів.

У латеральному плані озерні екосистеми поділяються на супраліторальну, літоральну та профундальну зони, де мешкають, відповідно, напівводяні макрофіти, занурені макрофіти та плаваючі мікрофіти.

Озерні екосистеми характеризуються високою біологічною продуктивністю та створенням значних запасів води, яка інтенсивно використовується у водному балансі наземних екосистем.

У прісноводних водоймах розвиваються напівводні організми: від прибережних фітоценозів до напівводяних і водно-болотних угруповань тварин, які використовують прісноводні екосистеми на різних етапах свого індивідуального розвитку (розмноження, нагул), формуються механізми міжекосистемного обміну речовиною та енергією, функціонально пов’язуючи водні та наземні екосистеми. Таким чином, прісноводні водойми відіграють важливу функціональну роль в утворенні механізмів міжекосистемних зв’язків між наземними та водними екосистемами, у формуванні вологостійкого режиму, багатого біорізноманіття в континентальних водоймах, у створенні сприятливих умов середовища для існування напівводяних і наземних водно-болотних рослин і тварин, утворенні потужного стоку водних мас із вмістом речовин, відтворенні запасів напівпрохідних і прохідних риб для лиманних і морських екосистем.

Морські екосистеми. Подібний розподіл у морських екосистемах обумовлений розмежуванням по вертикалі та латералі. У товщі води формуються умови для існування планктонних організмів. Група планктонних організмів найбільша за кількістю видів, виконує провідну роль у продукційному процесі. Планктон складається з рослинних (фітопланктон) і тваринних організмів (зоопланктон), не здатних до самостійного руху або малорухомих. Основна маса фітопланктону зосереджена у поверхневому 50—80-метровому шарі води океанів і морів, куди проникає необхідне для фотосинтезу сонячне світло. На глибині близько 200 м світла недостатньо для існування фітопланктону.

Поверхня води завдяки дії молекулярних сил утворює плівку зі щільністю, яка деяким організмам дозволяє користуватися нею як твердим субстратом. Такі організми утворюють так звані плейстон і нейстон. До першої групи відносяться напівводяні форми, які мають на тілі газові пухирі — пневматофори, що дозволяє їм рухатись активно або пасивно (за допомогою вітру) по поверхні води (фізаліси, деякі черевоногі молюски). До другої групи належать організми, що мешкають на поверхні води (морські комахи — клопи галобатеси, які бігають по поверхні води), до третьої — різноманітні організми, які мешкають безпосередньо під поверхнею води (гілки водоростей, саргасові водорості, личинки та ікра кефалі, анчоусів, саргана, плаваючий краб — порнутус, різні веслоногі та рівноногі ракоподібні).