6.4: Водні біоми

Як і наземні біоми, на водні біоми впливають абіотичні фактори. У випадку з водними біомами абіотичні фактори включають світло, температуру, режим потоку та розчинені тверді речовини. Водне середовище - вода - має різні фізичні та хімічні властивості, ніж повітря. Навіть якщо вода в ставку або іншому водоймі абсолютно прозора (немає зважених частинок), вода, сама по собі, поглинає світло. Коли людина спускається досить глибоко у водойму, врешті-решт з'явиться глибина, на яку сонячне світло не може досягти. Хоча в земній екосистемі є деякі абіотичні та біотичні фактори, які затінюють світло (наприклад, туман, пил або рої комах), це, як правило, не є постійними особливостями навколишнього середовища. Важливість світла у водних біомах має центральне значення для спільнот організмів, що містяться як у прісноводних, так і в морських екосистемах, оскільки він контролює продуктивність за допомогою фотосинтезу.

На додаток до світла, сонячне випромінювання зігріває водойми, і багато хто демонструє чіткі шари води при різних температурах. Температура води впливає на швидкість росту організму і кількість розчиненого кисню, доступного для дихання.

Рух води також важливий у багатьох водних біомах. У річках організми, очевидно, повинні бути пристосовані до постійного руху води навколо них, але навіть у великих водоймах, таких як океани, регулярні течії та припливи впливають на наявність поживних речовин, харчових ресурсів та наявність самої води.

Нарешті, вся природна вода містить розчинені тверді речовини, або солі. Прісна вода містить низький рівень таких розчинених речовин, оскільки вода швидко переробляється шляхом випаровування та опадів. Океани мають відносно постійний високий вміст солі. Водні середовища існування на межі морських та прісноводних екосистем мають складні та змінні соляні середовища, які варіюються між прісноводним та морським рівнями. Вони відомі як солонуваті водні середовища. Озера, розташовані в закритих дренажних басейнів, концентрують сіль у своїх водах і можуть мати надзвичайно високий вміст солі, яку здатні населяти лише деякі вузькоспеціалізовані види.

Морські біоми

Океан являє собою суцільне тіло солоної води, яке є відносно однорідним за хімічним складом. Являє собою слабкий розчин мінеральних солей і розпалася біологічної речовини. У межах океану коралові рифи - другий тип морського біома. Лимани, прибережні райони, де солона вода і прісна вода змішуються, утворюють третій унікальний морський біом.

Океан класифікується за кількома зонами (див. Малюнок нижче). Вся відкрита вода океану називається пелагічним царством (або зоною). Придонне царство (або зона) простягається по дну океану від берегової лінії до найглибших частин океанського дна. Від поверхні до дна або межі, до якої відбувається фотосинтез, - це фотична зона (приблизно 200 м або 650 футів). На глибині понад 200 м світло не може проникнути; таким чином, це називають афотичною зоною. Більшість океану афотичний і не вистачає достатнього світла для фотосинтезу. Найглибша частина океану, Глибина Челленджера (в Маріанській западині, розташованої в західній частині Тихого океану), становить близько 11 000 м (близько 6,8 миль) в глибину. Щоб дати певний погляд на глибину цієї траншеї, океан в середньому становить 4267 м або 14 000 футів глибиною.

Океан

Фізичне різноманіття океану має значний вплив на різноманітність організмів, що мешкають всередині нього. Океан класифікується на різні зони залежно від того, наскільки світло досягає у воду. Кожна зона має окрему групу видів, адаптованих до біотичних та абіотичних умов, характерних для цієї зони.

Міжприливна зона - це океанічна область, яка найближча до суші. З кожним приливним циклом міжприливна зона чергується між затопленням водою і залишається високою і сухою. Як правило, більшість людей думають про цю частину океану як піщаний пляж. У деяких випадках міжприливна зона дійсно є піщаним пляжем, але він також може бути скелястим, каламутним або густим з заплутаними корінням в мангрових лісах. Міжприливна зона є надзвичайно мінливою середовищем через припливи. Організми можуть піддаватися впливу повітря під час відливу і знаходяться під водою під час припливу. Тому живі істоти, які процвітають у припливній зоні, часто пристосовані до того, щоб бути сухими протягом тривалого періоду часу. Берег міжприливної зони також неодноразово вражений хвилями і виявлені там організми пристосовані протистояти пошкодженню від стукає дії хвиль (див. Малюнок нижче). Екзоскелети берегових ракоподібних (таких як береговий краб, Carcinus maenas) жорсткі і захищають їх від висихання (висихання) і пошкодження хвилями. Ще одним наслідком стукають хвиль є те, що мало водоростей і рослин встановлюються в постійно рухається піску або бруду.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Морські зірки, морські їжаки та раковини мідій часто зустрічаються в приливній зоні, показаної тут, в бухті Качемак, на Алясці. (Кредит: NOAA)

Неритна зона простягається від краю міжприливної зони до глибини близько 200 м (або 650 футів) на краю континентального шельфу. Коли вода відносно прозора, фотосинтез може відбуватися в неритной зоні. Вода містить мул і добре насичена киснем, низький тиск і стабільна за температурою. Всі ці фактори сприяють неритічній зоні, яка має найвищу продуктивність та біорізноманіття океану. Фітопланктон, включаючи фотосинтезуючі бактерії і більші види водоростей, відповідають за основну частину цієї первинної продуктивності. Зоопланктон, протисти, дрібні риби та креветки харчуються виробниками і є основним джерелом їжі для більшості світових рибальств. Більшість цих рибальств існує в межах нерітичної зони.

За нерітичною зоною знаходиться відкрита океанічна зона, відома як океанічна зона. В межах океанічної зони відбувається термічна стратифікація. Рясний фітопланктон і зоопланктон підтримують популяції риб і китів. Живильних речовин мало, і це відносно менш продуктивна частина морського біома. Коли фотосинтезуючі організми та організми, які харчуються ними, гинуть, їх тіла падають на дно океану, де вони залишаються; у відкритому океані відсутній процес виведення органічних поживних речовин назад на поверхню.

Під пелагічною зоною знаходиться донне царство, глибоководна область за континентальним шельфом. Дно донного царства складається з піску, мулу та мертвих організмів. Температура знижується зі збільшенням глибини води. Це багата поживними речовинами частина океану через мертвих організмів, які падають з верхніх шарів океану. Через цей високий рівень поживних речовин існує різноманітність грибів, губок, морських анемон, морських черв'яків, морських зірок, риб та бактерій.

Найглибша частина океану - безодня зона, яка знаходиться на глибині 4000 м і більше. Безодня зона дуже холодна і має дуже високий тиск, високий вміст кисню та низький вміст поживних речовин. У цій зоні зустрічається безліч безхребетних і риб, але в безодні зоні немає фотосинтетичних організмів. Хемосинтетичні бактерії використовують сірководень та інші мінерали, що виділяються з глибоких гідротермальних отворів. Ці хемосинтетичні бактерії використовують сірководень як джерело енергії і служать основою харчового ланцюга, знайденого навколо вентиляційних отворів.

Мистецтво З'єднання

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Океан розділений на різні зони залежно від глибини води, відстані від берегової лінії та проникнення світла

Коралові рифи

Коралові рифи - це океанські хребти, утворені морськими безхребетними, що живуть на теплих мілководді в межах фотичної зони океану. Вони знаходяться в межах 30˚ на північ і південь від екватора. Великий Бар'єрний риф - відома рифова система, розташована в декількох милах від північно-східного узбережжя Австралії. Інші коралові рифи - це окантовні острови, які безпосередньо примикають до суші, або атоли, які є круговими рифами, що оточують колишній острів, який зараз знаходиться під водою. Коралоутворюючі колонії організмів (члени phylum Cnidaria) виділяють карбонатний скелет кальцію. Ці багаті кальцієм скелети повільно накопичуються, утворюючи таким чином підводний риф (рис. Нижче).

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Коралові рифи утворені карбонатними скелетами кальцію коралових організмів, які є морськими безхребетними в Phylum Cnidaria. (Кредит: Террі Хьюз)

Еволюція в дії

Глобальний занепад коралових рифів

Потрібно багато часу, щоб побудувати кораловий риф. Тварини, які створюють коралові рифи, роблять це протягом тисяч років, продовжуючи повільно депонувати карбонат кальцію, який утворює їх характерні океанські будинки. Купані в теплих тропічних водах, коралові тварини та їх симбіотичні партнери проти еволюціонували, щоб вижити на верхній межі температури океанічної води.

Разом зміни клімату та людська діяльність становлять подвійні загрози для довгострокового виживання коралових рифів у світі. Основною причиною вбивства коралових рифів є тепліша, ніж зазвичай, поверхнева вода. Оскільки глобальне потепління підвищує температуру океану, страждають коралові рифи. Надмірне тепло змушує коралові організми виганяти своїх ендосимбіотичних, що виробляють їжу протестів, що призводить до явища, відомого як відбілювання. Кольори коралів є результатом конкретного ендосимбіонта протеста, і коли протисти йдуть, корали втрачають свій колір і стають білими, звідси і термін «відбілювання».

Підвищення рівня атмосферного вуглекислого газу ще більше загрожує коралам іншими способами; оскільки вуглекислий газ розчиняється у водах океану, він знижує рН, тим самим збільшуючи кислотність океану. Зі збільшенням кислотності вона заважає кальцифікації, яка зазвичай відбувається, коли коралові тварини будують свої будинки карбонату кальцію.

Коли кораловий риф починає гинути, різноманітність видів падає, оскільки тварини втрачають їжу та притулок. Коралові рифи також є економічно важливими туристичними напрямками, тому занепад коралових рифів становить серйозну загрозу для прибережної економіки.

Зростання людського населення також пошкодило корали іншими способами. Зі збільшенням прибережних популяцій людини стік осаду та сільськогосподарських хімікатів збільшився, внаслідок чого деякі колись чисті тропічні води стають каламутними. У той же час перелов популярних видів риб дозволив видам хижаків, які їдять корали, залишитися безконтрольним.

Хоча підвищення глобальних температур на 1° C - 2° C (консервативна наукова проекція) в найближчі десятиліття може здатися не великим, це дуже важливо для цього біома. Коли зміни відбуваються швидко, види можуть вимерти, перш ніж еволюція призведе до знову адаптованих видів. Багато вчених вважають, що глобальне потепління, з його швидким (з точки зору еволюційного часу) і невблаганним підвищенням температури, перекидає рівновагу за межі точки, в якій багато коралових рифів світу можуть відновитися.

Корали, знайдені в більш дрібних водах (на глибині приблизно 60 м або близько 200 футів) мають взаємний зв'язок з фотосинтетичними одноклітинними протестами. Відносини забезпечують корали з більшістю харчування та енергією, яку вони вимагають. Води, в яких живуть ці корали, є бідними поживними речовинами, і без цього мутуалізму великі корали не могли б рости, оскільки для них мало планктонних організмів. Деякі корали, що живуть у більш глибокій і холодній воді, не мають взаємних відносин з протистами; ці корали повинні отримувати свою енергію виключно, харчуючись планктоном, використовуючи жалкі клітини на своїх щупальцях.

Коралові рифи - один з найрізноманітніших біомів. Підраховано, що понад 4000 видів риб населяють коралові рифи. Ці риби можуть харчуватися коралами, криптофауною (безхребетними, що знаходяться в структурах карбонату кальцію коралових рифів), або морськими водоростями та водоростями, які пов'язані з коралами. До цих видів належать хижаки, травоїдні або планктиїдні тварини. Хижаки - це види тварин, які полюють і є м'ясоїдними тваринами або «пожирачами плоті». Травоїдні поїдають рослинну сировину, а планктоїдні їдять планктон.

Лимани

Лимани - це біоми, які виникають там, де річка, джерело прісної води, зустрічається з океаном. Тому і прісна вода, і солона вода знаходяться в одному районі; змішування призводить до розведеної (солонуватої) солоної води. Лимани утворюють заповідні території, де починає своє життя багато потомства ракоподібних, молюсків, риб. Солоність є важливим фактором, який впливає на організми та пристосування організмів, виявлених у лиманах. Солоність лиманів варіюється і заснована на швидкості течії його прісноводних джерел. Один-два рази на день припливи приносять солону воду в лиман. Відливи, що відбуваються з однаковою частотою, змінюють струм солоної води (рис. Нижче).

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Як лиман, де зустрічаються прісна вода та солона вода, наприклад, гирло річки Кламат в Каліфорнії, показано тут. (кредит: інженерний корпус армії США)

Щоденне змішування прісної та солоної води є фізіологічним викликом для рослин і тварин, які населяють лимани. Багато видів рослин лиману є галофітами, рослинами, які можуть переносити солоні умови. Галофітні рослини пристосовані для боротьби з розпиленням солоної води та солоною водою на їх коренях. У деяких галофітів фільтри в коренях видаляють сіль з води, яку поглинає рослина. Тварини, такі як мідії та молюски (phylum Mollusca), розробили поведінкові пристосування, які витрачають багато енергії на функціонування в цьому швидко мінливому середовищі. Коли ці тварини піддаються низькій солоності, вони припиняють годування, закривають оболонки, переходять з аеробного дихання (при якому використовують зябра) на анаеробне дихання (процес, який не потребує кисню). Коли приплив повертається в лиман, солоність і вміст кисню у воді збільшується, і ці тварини відкривають свої раковини, починають годувати, повертаються до аеробного дихання.

Прісноводні біоми

Прісноводні біоми включають озера, ставки та водно-болотні угіддя (стояча вода), а також річки та струмки (проточна вода). Люди покладаються на прісноводні біоми, щоб забезпечити водні ресурси для питної води, зрошення сільськогосподарських культур, санітарії, відпочинку та промисловості. Ці різні ролі та переваги людини називаються екосистемними послугами. Озера та ставки зустрічаються в земних ландшафтах і тому пов'язані з абіотичними та біотичними факторами, що впливають на ці наземні біоми.

Озера та ставки

Озера і ставки можуть варіюватися за площею від декількох квадратних метрів до тисяч квадратних кілометрів. Температура є важливим абіотичним фактором, що впливає на живі істоти, що знаходяться в озерах і ставках. Влітку в регіонах з помірним кліматом відбувається термічне розшарування глибоких озер, коли верхній шар води прогрівається Сонцем і не змішується з більш глибокою, прохолодною водою. Процес виробляє різкий перехід між теплою водою зверху і холодною водою внизу. Два шари не змішуються до тих пір, поки температури охолодження і вітри не руйнують стратифікацію і вода в озері змішується зверху вниз. У період стратифікації більша частина продуктивності відбувається в теплому, добре освітленому верхньому шарі, тоді як мертві організми повільно опускаються в холодний, темний шар нижче, де існують розкладаються бактерії та пристосовані до холоду види, такі як озерна форель. Як і океан, озера і ставки мають фотичний шар, в якому може відбуватися фотосинтез. Фітопланктон (водорості і ціанобактерії) зустрічаються тут і забезпечують основу харчової павутини озер і ставків. Зоопланктон, такий як колоплідники і дрібні ракоподібні, споживають цей фітопланктон. На дні озер і ставків бактерії в афотичної зоні розщеплюють мертві організми, які опускаються на дно.

Азот і особливо фосфор є важливими обмежуючими поживними речовинами в озерах та ставках. Тому вони є визначальними факторами в кількості росту фітопланктону в озерах і ставках. Коли відбувається великий надходження азоту та фосфору (наприклад, з стічних вод та стоків із удобрених газонів та ферм), ріст водоростей стрімко зростає, що призводить до великого скупчення водоростей, що називається цвітінням водоростей. Цвітіння водоростей (рис. Нижче) може стати настільки великим, що зменшують проникнення світла у воду. В результаті озеро або ставок стають афотичними, а фотосинтезуючі рослини не можуть вижити. Коли водорості гинуть і розкладаються, відбувається сильне виснаження води киснем. Риби та інші організми, які потребують кисню, тоді частіше гинуть.

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Неконтрольований ріст водоростей у цій водній артерії призвів до цвітіння водоростей.

Річки та струмки

Річки і більш вузькі потоки, що живляться в річки - це безперервно рухомі водойми, які несуть воду від джерела або верхівки до гирла біля озера або океану. Найбільші річки включають річку Ніл в Африці, річку Амазонку в Південній Америці та річку Міссісіпі в Північній Америці (рисунок нижче).

Малюнок\(\PageIndex{6}\): Річки варіюються від (а) вузьких і дрібних до (б) широких і повільних. (кредит а: модифікація роботи Корі Занкера; кредит b: модифікація роботи Девіда Деетре)

Абіотичні особливості річок і струмків змінюються по довжині річки або струмка. Потоки починаються в точці походження, яка називається джерельною водою. Джерельна вода, як правило, холодна, з низьким вмістом поживних речовин і прозора. Русло (ширина річки або струмка) тут вужче, ніж в будь-якому іншому місці по довжині річки або струмка. Водонапірні потоки необхідні на більшій висоті, ніж гирло річки, і часто походять в регіонах з крутими класами, що призводять до більш високих швидкостей потоку, ніж нижчі висотні ділянки річки.

Швидше рухається вода та невелика відстань від її походження призводить до мінімального рівня мулу в потоках води; отже, вода прозора. Фотосинтез тут здебільшого приписують водоростям, які ростуть на скелі; стрімке перебіг гальмує ріст фітопланктону. Фотосинтез може бути додатково зменшений при досягненні деревного покриву над вузьким струменем. Це затінення також підтримує температуру нижче. Додатковий вхід енергії може надходити з листя або іншого органічного матеріалу, який потрапляє в річку або струмок з дерев та інших рослин, які межують з водою. Коли листя розкладаються, органічний матеріал і поживні речовини в листі повертаються у воду. Листя також підтримують харчовий ланцюг безхребетних, які їх їдять і, в свою чергу, їдять хижі безхребетні та риби. Рослини і тварини пристосувалися до цієї швидко рухається воді. Наприклад, п'явки (Phylum Annelida) мають подовжені тіла і присоски на обох кінцях. Ці присоски прикріплюються до основи, утримуючи п'явку закріпленою на місці. У регіонах помірного клімату прісноводні види форелі (phylum Chordata) можуть бути важливим хижаком у цих швидкоплинних і холодніших річках та струмках.

У міру відходження річки або струмка від витоку ширина русла поступово розширюється, течія сповільнюється, а температура характерно збільшується. Збільшення ширини є результатом збільшення обсягу води з все більшої кількості приток. Градієнти, як правило, нижчі далі вздовж річки, що пояснює уповільнення потоку. Зі збільшенням обсягу може надходити підвищений мул, а в міру сповільнення швидкості потоку мул може осісти, тим самим збільшуючи відкладення осаду. Фітопланктон також може бути підвішений в повільно рухається воді. Тому вода буде не такою прозорою, як біля джерела. Вода також тепліша в результаті більш тривалого впливу сонячних променів і відсутності деревного покриву на більш широких просторах між берегами. Черв'яків (Phylum Annelida) і комах (Phylum Arthropoda) можна зустріти зариваються в бруд. До хижих хребетних (phylum Chordata) відносяться водоплавні птахи, жаби та риби. У сильно завантажених мулом річках ці хижаки повинні знаходити їжу в каламутних водах, і, на відміну від форелі в чистих водах біля джерела, ці хребетні не можуть використовувати зір як своє основне почуття для пошуку їжі. Натомість вони частіше використовують смакові або хімічні сигнали, щоб знайти здобич.

Коли річка досягає океану або великого озера, вода, як правило, різко сповільнюється, і будь-який мул у річковій воді осідає. Річки з високим вмістом мулу, що скидаються в океани з мінімальними течіями та хвильовим впливом, будуватимуть дельти, маловисотні ділянки піску та бруду, оскільки мул осідає на дні океану. Річки з низьким вмістом мулу або в районах, де океанічні течії або хвильова дія є високими, створюють гирлянські райони, де прісна вода і солона вода змішуються.

водно-болотних угідь

Водно-болотні угіддя - це середовища, в яких грунт або постійно, або періодично насичується водою. Водно-болотні угіддя відрізняються від озер та ставків, оскільки водно-болотні угіддя демонструють майже суцільний покрив зростаючої рослинності. Емергентна рослинність складається з водно-болотних рослин, які вкорінюються в ґрунті, але мають частини листя, стебел та квітів, що простягаються над поверхнею води. Існує кілька типів водно-болотних угідь, включаючи болота, болота, болота, грязьові болота та солончаки (рисунок нижче).

Малюнок\(\PageIndex{7}\): Розташований на півдні Флориди, Національний парк Еверглейдс - це широкий спектр водно-болотних середовищ, включаючи болота пилки, кипарисові болота та мангрові ліси. Тут серед кипарисів гуляє велика чапля. (Кредит: NPS)

Прісноводні болота і болота характеризуються повільним і стійким потоком води. Болота розвиваються в поглибленнях, де потік води низький або відсутній. Болота зазвичай трапляються в районах, де є глиняне дно з поганою проціджуванням. Перколяція - це рух води через пори в грунті або гірських породах. Вода, знайдена в болоті, застійна і кисень виснажується, оскільки кисень, який використовується під час розкладання органічної речовини, не замінюється. У міру виснаження кисню у воді розкладання сповільнюється. Це призводить до того, що органічні кислоти та інші кислоти накопичуються і знижують рН води. При більш низькому рН азот стає недоступним для рослин. Це створює виклик для рослин, оскільки азот є важливим обмежуючим ресурсом. Деякі види болотних рослин (наприклад, сонці, глечики та мухоловки Венери) захоплюють комах та витягують азот з їхніх тіл. Болота мають низьку чисту первинну продуктивність, оскільки вода, що знаходиться в болотах, має низький вміст азоту та кисню.

Дописувачі та атрибуція

• Template:ContribCCEssofEnvSc