img-417193806

,3.4. Закономерности распределения солености в океанах	41
2. Высокоширотные зоны отличаются пониженными	значе­

ниями солености. Особенно сильно опреснен Северный Ледовитый океан, что объясняется в первую очередь мощным материковым стоком.

3. Максимальная соленость отмечается в тропических и суб­ тропических широтах, причем экваториальная зона уступает им по значению солености., В тропиках усиленный ветровой режим, нисходящие воздушные потоки и малая облачность обеспечивают преобладание испарения над осадками. Наоборот, экваториаль­ ному поясу присущи штилевая погода, значительная облачность и преобладание осадков над испарением. Соответственно два тропи-

.ческих максимума солености во всех трех океанах расположены по обе стороны экватора. Особенно ярко они выражены в Атлан­ тическом океане.

4. Соленость поверхностных вод Тихого океана меньше соле­ ности атлантических вод, особенно в северном полушарии. Если над Тихим океаном конденсируется большая часть испарившейся влаги, то Атлантический океан в силу своей конфигурации постав­ ляет больше влаги материкам и другим океанам. Так, например, северотропическая воздушная масса, насытившись влагой над Атлантикой, переносится системой пассатной циркуляции в Тихий океан и дает интенсивные осадки над Панамским заливом, тогда как переносу водяного пара из Тихого океана препятствуют гор­ ные массивы, окаймляющие берега Северной и Южной Америки.

5. Зональное распределение солености океанской воды нару­ шается действием течений. Так, ветви теплого Северо-Атлантиче­

ского течения,	проникая далеко в Арктику,	несут воды с соле­
ностью до 35 %0, а холодное Лабрадорское		течение доставляет
распресненные	(до 32 %0) воды к берегам Северной Америки.
6. Понижение солености поверхностного		слоя наблюдается и

вместах подъема глубинных холодных вод с меньшей соленостью.

3.3.2.Распределение солености в толще вод. Изменение соле­

ности по глубинам имеет более сложный характер, чем в поверх­ ностном слое, и связано с плотностной стратификацией вод. Плот­ ность воды зависит от солености и температуры. Следовательно, могут существовать воды с одинаковой плотностью, но с различ­ ными температурами и соленостями.

Изменение солености по глубинам в соответствии с измене­ ниями температуры и плотности может иметь различный характер. При опреснении поверхностного слоя соленость обычно возрастает с глубиной (катахалинность). Возрастание солености под влия­ нием испарения при сильном прогреве компенсируется уменьше­ нием плотности за счет повышения температуры; в таком случае соленость с глубиной понижается (анахалинность). Примером анахалинности служит вертикальное распределение температуры, солености и плотности по глубинам над впадиной Тонга

(табл. 3.5).

42	Глава 3.. Главные ионы и соленость

Крупномасштабное распределение солености в глубинах Миро­ вого океана формируется сложным характером общей трехмерной циркуляции вод океана. На рис. 3.2,3.3 хорошо видно, как распре­ деляются с глубиной воды повышенной и пониженной солености.

Таблица 3.5

Вертикальное распределение температуры, солености и условной удельной плотности над впадиной Тонга (Тихий океан, НИС «Витязь», ,

25 декабря 1957 г.)

Глубина,	‘ w ° c	S о/00	a t	Глубина,	° с	•S ° / оо
м				м
0	2 4 ,8 8	3 5 ,5 9	2 3 ,7 4	800	5 ,7 5	3 4 ,4 4	2 7 ,1 6
25	2 4 ,8 7	35,51	2 3 ,7 5	1000	4 ,5 5	3 4 ,4 0	2 7 ,2 7
50	2 4 ,9 0	3 5 ,4 8	2 3 ,7 5	2000	2 ,3 2	3 4 ,6 3	2 7 ,6 7
75	2 4 ,6 8	3 5 ,4 7	23,81	3000	1,74	3 4 ,6 8	2 7 ,7 6
100	2 3 ,8 0	3 5 ,4 5	2 4 ,0 3	5000	1,08	3 4 ,7 3	2 7 ,8 1
200	2 0 ,2 8	3 5 ,5 6	2 5 ,1 3	8820	1,54	3 4 ,7 2	2 7 ,8 0
500	1 1 ,08	3 4 ,8 7	2 6 ,6 8

В экваториальной зоне вода пониженной солености занимает очень тонкий поверхностный слой. Значительно мощнее слои вы­ сокосоленой воды северных и южных тропиков. Эти поверхност­

ные воды отделены от подстилающих водных масс ярко выражен­ ным галоклином— слоем больших вертикальных градиентов соле­

ности. По глубинам расположения галоклин обычно совпадает с термоклином (300—700 м). В изменении солености по вертикали имеются заметные различия между отдельными частями океанов, но к югу от экватора наблюдаются однотипные условия во всех трех океанах. «Языки» пониженной солености на глубинах 600— 1800 м от субантарктики до экваториальной области указывают на распространение субантарктических промежуточных вод.

■ В северной половине Тихого			океана аналогом антарктических
промежуточных вод		является северотихоокеанская			промежуточ­
ная вода,	которая	образуется	севернее	субполярного фронта
(45° с.ш.)	и распространяется		к югу на	глубинах	300—1500 м.

В Северной Атлантике промежуточные глубины заполнены высо­ косолеными водами северосубтропического происхождения, рас­ пространяющимися от места образования не только к югу, но и к северу. Средиземноморская промежуточная вода дает дополни­ тельное повышение солености практически всему промежуточному слою Северной Атлантики на глубинах 600—1000 м. В северозападной части Индийского океана также формируются высоко­ солевые североиндийские промежуточные воды из аравийских* красноморских и персидских вод.

Распределение солености в глубинных слоях Мирового океана зависит от общей схемы циркуляции и процесса образования глу,-

3.4. Закономерности распределения -солености в океанах

43

бинных и придонных вод в море Уэдделла и некоторых районах Индоокеанского сектора Южного океана, а также в НорвежскоГренландском бассейне и прилегающем к Гренландии районе.

западной половины Атлантического океана, по В. А. Некрасовой и В. Н. Степа­ нову (1963).

Рис. 3.3. Распределение солености (%о) на квазимеридиональном разрезе через центральную часть Тихого океана, по В. А. Некрасовой и В. Н. Степанову (1963).

Антарктическая придонная вода (34,65 %0) из моря Уэдделла про­ двигается к востоку вдоль Антарктического кольца и к северу вдоль цепи западных котловин Атлантики. Североатлантическая глубинная вода (34,90 %о) является продуктом смешения вод тече­ ний Ирмингера, Норвежского и Шпицбергенского с гренландскими водами, распространяется на глубинах 1500—4000 м, по пути трансформируется в результате частичного смешения с более со­ леными вышележащими водами средиземноморского происхожде­ ния и в антарктических широтах увлекается нижней частью

44	Глава 3. Главные ионы и соленость

Антарктического циркумполярного течения на восток. Частично смешиваясь с антарктической придонной водой и вышележащей менее соленой водой местного происхождения, она образует глу­ бинную антарктическую воду (34,72%0), которая распространяется из Антарктики на север в Индийский и Тихий океаны.

Сравнительная устойчивость распределения солености по глу­ бинам дает основание для типизации характера ее распределения в разных районах океана в зависимости от условий, влияющих на изменение солености. Наиболее подробная типизация вертикаль­ ного распределения солености в Мировом океане принадлежит В. Н. Степанову и В. А. Шагину. Выделены восемь типов распре­ деления с подразделением их на подтипы (рис. 3.4):

1)полярный (рис. 3.4 а). Вертикальный профиль солености характеризуется сильным опреснением поверхностного слоя до 50—100 м и практически полной однородностью солености на глубинах;

2)субполярный (рис. 3.4 6). Отличается от первого меньшим

опреснением, но большей глубиной проникновения поверхностных вод. В Целом соленость постепенно увеличивается от 33,5 % на

поверхности до 34,60—34,70 %о на		глубине	1500—2000 м;
3) умеренно-тропический (рис.		3.4 в).	Имеет	высокую соле­
ность у поверхности (более	35 %0)	и опресненную (до 34,4 %о)
прослойку промежуточных	вод	субполярного		происхождения.

С переходом к глубинным водам соленость повышается до 34,7 °/оо на горизонтах 25003000 м;

4)тропический (рис. 3.4 г). Располагает аналогичной прослой­ кой менее соленых промежуточных вод, но от предыдущего типа отличается наличием подповерхностного слоя высокой солености;

5)экваториальный (рис. 3.4д). Наиболее широко распростра­

нен в Тихом океане благодаря обилию атмосферных осадков. Опреснение до 34,1 %0 охватывает самый верхний слой, далее соленость быстро увеличивается до максимальных значений на

глубине 150—200 м; 6) индомалайский (рис. 3.4 е). Своеобразная модификация

экваториального типа! На поверхности наблюдается минимум со­ лености (33,8 %о), на промежуточных глубинах 200—500 м вместо минимума достигается максимум, затем соленость снова пони­

жается до 34,8 %0 на глубине около 2000 м; 7) присредиземноморский (рис. 3.4 ж). Распространен в райо­

нах, прилегающих к Средиземному и Аравийскому морям. На про­

межуточных глубинах имеет максимум солености;. - 8) североатлантический (рис. 3.4 з). Сосуществуетобычно

с умеренно-тропическим и субполярным типами. Отмечаются-высо­ кая соленость в поверхностном слое и отсутствие опресненных промежуточных вод субполярного происхождения.

Границы распространения этих восьми типов по акватории Мирового океана показаны схематически на рис. 3.5.

Рис. 3.4. Типы вертикального распределения солености (%о) в океане (расшифровка обозначений дана в тексте).

о

Рис. .3.5. Распространение типов вертикального распределения солености,

4.1. Водные организмы

47

Закономерности распределения солености широко используются при проведении химико-океанографического районирования и вы­ работке представлений о гидрохимической структуре океана.

Глава 4	4
ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО
В ОКЕАНЕ

Живые организмы и связанное с ними органическое вещество играют чрезвычайно важную роль в создании гидрохимического облика океанов и морей.

По происхождению органическое вещество разделяют на авто­ хтонное— образованное непосредственно в океане живыми орга­

низмами — и аллохтонное — привнесенное с материков.

По формам существования выделяют взвеси, к которым относятся живые организмы и детрит, коллоидные (размер частиц

0,001—0,1 мкм) и истинно растворенные (менее 0,001 мкм) орга­ нические вещества. Четкую границу между коллоидными и рас­ творенными фракциями провести трудно. Обычно растворенным органическим веществом считают его часть, проходящую через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм.

4.1. Водные организмы

Синтез первичного органического вещества фитопланктоном и передача его на следующие трофические уровни, извлечение из воды биогенных веществ, концентрирование многочисленных ми­ кроэлементов, использование силикатов и карбонатов кальция и магния на построение опорных тканей, перераспределение компо­ нентов химического состава воды, транспортировка многих хими­ ческих элементов в глубинную толщу вод и донные осадки океана после отмирания организмов — все это далеко не полный перечень геохимических функций живого вещества, т. е. всей совокупности живых организмов.

По характеру поведения и типу питания водные организмы подразделяются на планктон, многочисленные виды которого об­

ладают слабыми возможностями к самостоятельному передвиже­ нию и не способны противостоять течениям (фитопланктон— авто-

трофные микроводоросли, образующие I трофический уровень, зоопланктон — растительноядные и хищные виды животных, скла­

дывающие II трофический уровень), нектон— свободноплавающие организмы, среди которых существуют растительноядные и хищ­

48	Глава 4. Органическое вещество в океане

ные виды, и придонные организмы — бентос (фито- и зообентос). Отдельную обширную группу составляют бактерии: автотрофные, хемосинтезирующие и гетеротрофные. Все водные организмы связаны между собой, образуя пищевые цепи и сети, в начале которых стоят первичные продуценты — фитопланктон и фито­ бентос: фитопланктон и фитобентос ->• растительноядный зоо­ планктон -н>-хищные виды зоопланктона-н>- рыбы -^-морской зверь.

Бактерии-гетеротрофы разлагают отмершее органическое ве­ щество всякого происхождения и обитают на поверхности взвесей

ив грунтах.

Всостав живых организмов входит до 60 химических элемен­ тов, количественные соотношения и функциональная значимость

которых неодинаковы. Постоянными составными частями органи­ ческого вещества являются 15 элементов (табл. 4,1). Главная масса тканей организмов построена из водорода, углерода, кисло­ рода, азота и фосфора. Другие элементы содержатся в малых концентрациях, но их роль велика, поскольку они находятся в центре соединений, катализирующих биохимические процессы.

Таблица 4.1

Средний состав тканей морских организмов, по А. П. Виноградову (1944)

Элемент С од ерж ание , %

Н, С, О, N, Р			до 60
Na, M g,	S, Cl,	IC, Ca, Fe	0,05— 1
B, F, Si,	Mn, Cu, 1		< 0 ,0 0 5
По Р. Хорну		(1972),	все вещества, слагающие организмы,

можно разделить на три категории: тканевые жидкости, биологи­ ческие материалы к скелетные структуры. Тканевые жидкости

(кровь, лимфа, спинномозговые и др.) пропитывают живую ткань. По ионному составу они близки к морской воде. В скелетных структурах накапливаются кремнезем, карбонаты кальция и маг­ ния, некоторые сульфаты. Вместе с солями тканевых жидкостей они дают зольный остаток после прокаливания биомассы. Соот­ ношения между веществами трех категорий видны из данных В. Г. Богорова (табл. 4.2).

Валовой элементарный химический состав ведущих форм фито-

изоопланктона имеет много общего (табл. 4.3).

Всреднем органические вещества сухого планктона, обладаю­ щие высокой калорийностью, содержат 68% белков (протеинов), 25 % углеводов и 7 % жиров. Органическое вещество живых кле­ ток содержит в основном протеины, углеводы и липиды, средний состав которых приведен в табл. 4.4.

4.1. Водные организмы							49
						Таблица 4.2
Среднее содержание веществ (% )			в сырой массе организмов,
	по В. Г. Богорову (1974)
Вещ ество	Фитопланктон Фитобентос		Зоопланктон		Зообен т ос	Нектон
Вода	80	80	80		63		73 .
Органика	И	15	18		14		22
Зола	9	5	2		23		5
						Таблица 4.3
Средний химический состав		(в % сухой массы) морских видов фито-
	и зоопланктона,	по А. П. Виноградову (1944)
Организмы	Зол а	с	н	N	Si	Р	Fe
Водоросли:
диатомовые	57,81	18,68	3,65	2,49	17,38	0,60	0,38
перидиниевые	—	33,49	5,58	4,61	2,19	0,57	1 ,1 1
сине-зеленые	15,9	—	—	7,13	0,89	0,83	0,34
Зоопланктон:
копепода	1 0 ,1 0	45,52	7,22	9,96	0,14	1,03	0,30
брахнопода	17,03	40,48	6,31	9,05	0,96	2,03	1,09
						Таблица 4.4
Средний состав (% ) органических веществ живых клеток,
по X. Свердрупу, М. Джонсону, Р. Флемингу (1942)
Элемент	Протеины		Углеводы			Липиды
о	22,4		49,38			17,90
с	51,3		44,44			69,06
н	6,9		6,18			10,00
р	0 ,7		—			2,13
N	17,8		—			0,61
S	0,8					0,31

Белки (протеины) вместе с нуклеиновыми кислотами синтези­ руются в каждой живой клетке. Белки построены из многочис­ ленных аминокислотных соединений, образующих посредством

амидных связей I	I	длинные полипептидные цепи:
V—N— /

50 Глава 4. Органическое вещество в океане

которые могут замыкаться в циклы, изгибаться и завиваться спи­ ралями, создавая чрезвычайно крупные макромолекулы с молеку­ лярной массой несколько десятков тысяч, например гемоглобин —

64 ООО. Все жизненные проявления так или иначе основаны на белках. В особую группу выделяются ферменты (энзимы) — вы­

сокомолекулярные вещества класса белков, катализирующие раз­

личные	биохимические реакции и проявляющие строго избира­
тельное	действие (гидролазы,	фосфорилазы, оксидо-редуктазы
и др.).		класс органических соединений,
Углеводы— многообразный

синтезируемых зелеными растениями, разделяются на три группы:

моносахариды (например, глюкоза), олигосахариды (сахароза) и

полисахариды (крахмал, целлюлоза и др.). Олигосахариды полу­ чаются соединением гидроксильной группы одной молекулы моно­ сахарида с ацетальной группой другой молекулы при отщеплении воды. Полисахариды не Обладают свойствами сахаров, лишь при гидролизе из них получаются сахара. Организмы используют их

в качестве либо запаса		питательных веществ (крахмал),	либо
строительного	материала	(целлюлоза — вещество клеточных	сте­
нок растений,	хитин — роговое вещество). Углеводы могут содер­

жать небольшие количества азота, фосфора или серы.

Жиры, входящие в состав внутриклеточных и резервных липи­ дов, представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших или средних жирных кислот. В молекулы жиров также могут входить фосфатные и амидные ( —NH2) группы.

В основе грандиозного производства органического вещества автотрофами лежит сложнейший и еще далеко не полностью раскрытый процесс фотосинтеза:

пС02+ 2яН2А + AvиГ Рд°рФугие>(CHs°)« + Н20 + 2пА>

пигменты углеводы

где Н2А — донор водорода (Н20, H2S или Н2). В случае хлорофилльной ассимиляции (зеленые растения) А — кислород:

6С02 + 6Н20 + 2813 кДж хлорофилл-> С6Н120 6 + 602.

(фруктоза, глюкоза)

Зеленое красящее вещество растений неоднородно, оно состоит из сине-зеленого хлорофилла «а» и желто-зеленого хлорофилла «б», находящихся в отношении приблизительно 3:1. Оба веще­ ства содержат магний и имеют характер диэфиров. В молекуле хлорофилла присутствуют четыре пиррольных кольца (рис. 4.1),

I

соединенные посредством радикалов —СН в большое порфирино-

I

вое кольцо с атомом магния в центре и сопряженными по кругу двойными связями я-электронов.