44.4: Водні біоми

Навички для розвитку

• Охарактеризуйте вплив абіотичних факторів на склад рослинних і тваринних угруповань у водних біомах
• Порівняйте і порівняйте характеристики океанічних зон
• Узагальнити характеристики стоячої води та проточної води прісноводних біомів

Абіотичні фактори, що впливають на водні біоми

Як і наземні біоми, водні біоми піддаються впливу ряду абіотичних факторів. Однак 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 в глибоку водойму, врешті-решт буде глибина, якої сонячне світло не може досягти. Хоча в наземній екосистемі є деякі абіотичні та біотичні фактори, які можуть затемнити світло (наприклад, туман, пил або рої комах), зазвичай це 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. У прісноводних системах стратифікація через відмінності в щільності є, мабуть, найважливішим абіотичним фактором і пов'язана з енергетичними аспектами світла. Теплові властивості води (швидкість нагрівання та охолодження) є важливими для функціонування морських систем і мають великий вплив на глобальний клімат і погодні умови. На морські системи також впливають великомасштабні фізичні рухи води, такі як течії; вони менш важливі в більшості прісноводних озер.

Океан класифікується за кількома районами або зонами (рис.\(\PageIndex{1}\)). 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. У пелагічному царстві знаходиться фотична зона, яка є частиною океану, в яку може проникати світло (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. Ці сфери та зони мають відношення до прісноводних озер, а також.

Мистецтво З'єднання

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Океан розділений на різні зони виходячи з глибини води і віддаленості від берегової лінії.

У якому з наступних регіонів ви очікуєте знайти фотосинтезуючі організми?

1. афотична зона, нерітична зона, океанічна зона та донне царство
2. фотична зона, міжприливна зона, неритна зона та океанічна зона
3. фотична зона, зона безодні, неритічна зона та океанічна зона
4. пелагічна область, афотична зона, неритічна зона та океанічна зона

Морські біоми

Океан - найбільший морський біом. Це суцільне тіло солоної води, яке є відносно однорідним за хімічним складом; це слабкий розчин мінеральних солей і гнилих біологічних речовин. В межах океану коралові рифи є другим видом морського біома. Лимани, прибережні райони, де солона вода і прісна вода змішуються, утворюють третій унікальний морський біом.

Океан

Фізичне різноманіття океану має значний вплив на рослини, тварин та інші організми. Океан класифікується на різні зони залежно від того, як далеко світло потрапляє у воду. Кожна зона має окрему групу видів, адаптованих до біотичних та абіотичних умов, характерних для цієї зони.

Міжприливна зона, яка є зоною між високим і відливом, - це океанічна область, найближча до суші (рис.\(\PageIndex{1}\)). Як правило, більшість людей думають про цю частину океану як піщаний пляж. У деяких випадках приливна зона дійсно є піщаним пляжем, але він також може бути скелястим або мулистим. Міжприливна зона є надзвичайно мінливою середовищем через припливи. Організми піддаються впливу повітря та сонячного світла під час відливу і більшу частину часу знаходяться під водою, особливо під час припливу. Тому живі істоти, які процвітають у припливній зоні, пристосовані до того, щоб бути сухими протягом тривалого періоду часу. Берег міжприливної зони також неодноразово вражений хвилями, і знайдені там організми пристосовані протистояти пошкодженню від стукає дії хвиль (рис.\(\PageIndex{2}\)). 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 рухомих скелі, піску або бруду.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Морські їжаки, раковини мідій і морські зірки часто зустрічаються в приливній зоні, показаної тут, в бухті Качемак, на Алясці. (Кредит: NOAA)

Неритна зона (рис.\(\PageIndex{1}\)) простягається від міжприливної зони до глибини близько 200 м (або 650 футів) на краю континентального шельфу. Оскільки світло може проникати на цю глибину, фотосинтез може відбуватися в неритной зоні. Вода тут містить мул і добре насичена киснем, низький тиск і стабільна за температурою. Фітопланктон і плаваючий саргасус (тип вільно плаваючих морських водоростей) забезпечують середовище існування для деяких морських мешканців, що знаходяться в неритній зоні. Зоопланктон, протисти, дрібні рибки та креветки знаходяться в неритній зоні і є основою харчового ланцюга для більшості світового рибальства.

За межами неритічної зони знаходиться зона відкритого океану, відома як океанічна зона (рис.\(\PageIndex{1}\)). В межах океанічної зони відбувається термічна стратифікація, де теплі та холодні води змішуються через океанічні течії. Рясний планктон служить основою харчового ланцюга для більших тварин, таких як кити та дельфіни. Живильних речовин мало, і це відносно менш продуктивна частина морського біома. Коли фотосинтезуючі організми та протести та тварини, які харчуються ними, гинуть, їх тіла падають на дно океану, де вони залишаються; на відміну від прісноводних озер, у відкритому океані не вистачає процесу повернення органічних поживних речовин на поверхню. До більшості організмів в афотической зоні відносяться морські огірки (phylum Echinodermata) та інші організми, які виживають на поживних речовині, що містяться в мертвих тілах організмів в фотичній зоні.

Під пелагічною зоною знаходиться донна царство, глибоководна область за континентальним шельфом (рис.\(\PageIndex{1}\)). Дно донного царства складається з піску, мулу та мертвих організмів. Температура знижується, залишаючись вище замерзання, у міру збільшення глибини води. Це багата поживними речовинами частина океану через мертвих організмів, які падають з верхніх шарів океану. Через такий високий рівень поживних речовин існує різноманітність грибів, губок, морських анемонів, морських черв'яків, морських зірок, риб та бактерій.

Найглибша частина океану - безодня зона, яка знаходиться на глибині 4000 м і більше. Безодня зона (рис.\(\PageIndex{1}\)) дуже холодна і має дуже високий тиск, високий вміст кисню та низький вміст поживних речовин. У цій зоні водяться різноманітні безхребетні та риби, але в безодні зоні немає рослин через брак світла. Гідротермальні отвори знаходяться переважно в безодні зоні; хіміосинтетичні бактерії утилізують сірководень та інші мінерали, що виділяються з вентиляційних отворів. Ці хіміосинтезирующие бактерії використовують сірководень як джерело енергії і служать основою харчового ланцюга, знайденого в безодні зоні.

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 системи коралових рифів - це окантовні острови, які безпосередньо примикають до землі, або атоли, які є круговими рифовими системами, що оточують колишню сушу, яка зараз знаходиться під водою. Коралові організми (члени Phylum Cnidaria) - це колонії морських поліпів, які виділяють скелет карбонату кальцію. Ці багаті кальцієм скелети повільно накопичуються, утворюючи підводний риф (рис.\(\PageIndex{3}\)). Корали, знайдені в більш дрібних водах (на глибині приблизно 60 м або близько 200 футів) мають взаємний зв'язок з фотосинтетичними одноклітинними водоростями. Відносини забезпечують корали з більшістю харчування та енергією, яку вони вимагають. Води, в яких живуть ці корали, є бідними поживними речовинами, і без цього взаємності великі корали не могли б рости. Деякі корали, що живуть у більш глибокій і холодній воді, не мають взаємних відносин з водоростями; ці корали досягають енергії та поживних речовин, використовуючи жалкі клітини на своїх щупальцях для захоплення здобичі.

Підраховано, що понад 4,000 видів риб населяють коралові рифи. Ці риби можуть харчуватися коралами, криптофауною (безхребетними, що знаходяться в субстраті карбонату кальцію коралових рифів), або морськими водоростями та водоростями, які пов'язані з коралами. Крім того, деякі види риб населяють межі коралового рифу; до цих видів належать хижаки, травоїдні або планктиїдні. Хижаки - це види тварин, які полюють і є м'ясоїдними тваринами або «пожирачами плоті». Травоїдні поїдають рослинну сировину, а планктоїдні їдять планктон.

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

Еволюція зв'язку: глобальний занепад коралових рифів

Потрібно багато часу, щоб побудувати кораловий риф. Тварини, які створюють коралові рифи, еволюціонували протягом мільйонів років, продовжуючи повільно депонувати карбонат кальцію, який утворює їх характерні океанські будинки. Купані в теплих тропічних водах, коралові тварини та їх симбіотичні водорості партнери 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. Оскільки глобальне потепління через викиди викопного палива підвищує температуру океану, страждають коралові рифи. Надмірне тепло змушує рифи виганяти свої симбіотичні водорості, що виробляють їжу, що призводить до явища, відомого як відбілювання. Коли відбувається відбілювання, рифи втрачають значну частину свого характерного кольору, оскільки водорості та коралові тварини гинуть, якщо втрата симбіотичних зооксантелл продовжується.

Підвищення рівня атмосферного вуглекислого газу ще більше загрожує коралам іншими способами; оскільки CO ₂ розчиняється у водах океану, він знижує рН і збільшує 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 людей стік осаду та сільськогосподарських хімікатів також 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 1—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 нових адаптацій. 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.

Лимани: де океан зустрічається з прісною водою

Лимани - це біоми, які виникають там, де джерело прісної води, наприклад річка, зустрічається з океаном. Тому і прісна вода, і солона вода знаходяться в одному районі; змішування призводить до розведеної (солонуватої) морської води. Лимани утворюють заповідні території, де починає своє життя багато молодих потомства ракоподібних, молюсків, риб. Солоність є дуже 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.

Короткочасне і швидке зміна солоності через змішування прісної води та солоної води є складним 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 солоністю, що виникає в результаті солоної води на їх коренях або з морських бризок. У деяких галофітів фільтри в коренях видаляють сіль з води, яку поглинає рослина. Інші рослини здатні перекачувати кисень в свої коріння. 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 та ставки (стояча вода), а також річки та струмки (проточні води). До них також відносять заболочені ділянки, про які піде мова далі. Люди покладаються на прісноводні біоми, щоб забезпечити водні ресурси для питної води, зрошення сільськогосподарських культур, санітарії та промисловості. Ці різні ролі та переваги для людини називаються екосистемними послугами. Озера та ставки зустрічаються в земних ландшафтах і, отже, 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 термічне розшарування озер і ставків відбувається, коли верхній шар води прогрівається сонцем і не змішується з більш глибокою, прохолодною водою. Світло може проникати всередину фотичної зони озера або ставка. Фітопланктон (водорості і ціанобактерії) зустрічаються тут і здійснюють фотосинтез, забезпечуючи 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 фосфор є важливими обмежуючими поживними речовинами в озерах і ставках Через це вони є визначальними факторами в кількості росту фітопланктону в озерах і ставках. Коли відбувається великий надходження азоту і фосфору (наприклад, з стічних вод і стоків з удобрених газонів і ферм), зростання водоростей стрімко зростає, в результаті чого відбувається велике скупчення водоростей, званих цвітінням водоростей. Цвітіння водоростей (рис.\(\PageIndex{4}\)) 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, яким потрібен кисень, швидше за все гинуть, і в результаті мертві зони виявляються по всьому світу. Озеро Ері та Мексиканська затока представляють прісноводні та морські середовища існування, де контроль фосфору та зливовий стік створюють значні екологічні проблеми.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Неконтрольований ріст водоростей у цьому озері призвів до цвітіння водоростей. (кредит: Джеремі Неттлтон)

Річки та струмки

Річки та потоки - це безперервно рухомі водойми, які несуть велику кількість води з джерела, або верхівки, до озера чи океану. Найбільші річки включають річку Ніл в Африці, річку Амазонку в Південній Америці та річку Міссісіпі в Північній Америці.

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) вужче, ніж в будь-якому іншому місці по довжині річки або струмка. Через це течія тут часто швидше, ніж в будь-якій іншій точці річки або струмка.

Швидко рухається вода призводить до мінімального накопичення мулу на дні річки або потоку; отже, вода прозора. Фотосинтез тут здебільшого приписують водоростям, які ростуть на скелі; стрімке перебіг гальмує ріст фітопланктону. 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. 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. Прісноводні види форелі (phylum Chordata) є важливим хижаком у цих швидкоплинних річках і струмках.

У міру відходження річки або струмка від витоку ширина русла поступово розширюється і течія сповільнюється. Ця повільна вода, спричинена зменшенням градієнта та збільшенням обсягу у міру об'єднання приток, має більше осідання. Фітопланктон також може бути підвішений в повільно рухається воді. Тому вода буде не такою прозорою, як біля джерела. Вода також тепліше. Черв'яків (Phylum Annelida) і комах (Phylum Arthropoda) можна зустріти зариваються в бруд. До хребетних хижаків вищого порядку (phylum Chordata) відносяться водоплавні птахи, жаби та риби. Ці хижаки повинні знаходити їжу в цих повільних, іноді каламутних, водах і, на відміну від форелі у водах біля джерела, ці хребетні не можуть бути в змозі використовувати зір як їх первинне почуття, щоб знайти їжу. Натомість вони частіше використовують смакові або хімічні сигнали, щоб знайти здобич.

водно-болотних угідь

Водно-болотні угіддя - це середовища, в яких грунт або постійно, або періодично насичується водою. Водно-болотні угіддя відрізняються від озер тим, що водно-болотні угіддя - це мілководні водойми, тоді як озера 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 (рис.\(\PageIndex{5}\)). Три спільні характеристики серед цих типів - те, що робить їх водно-болотними угіддями - це їх гідрологія, гідрофітна рослинність та гідричні ґрунти.

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Розташований на півдні Флориди, Національний парк Еверглейдс є величезним масивом 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.

Резюме

Водні екосистеми включають як морські, так і прісноводні біоми. Абіотичні фактори, важливі для структурування водних екосистем, можуть бути різними, ніж ті, що спостерігаються в наземних системах. Сонячне світло є рушійною силою структури лісів, а також є важливим фактором у водоймах, особливо тих, які дуже глибокі, через роль фотосинтезу в підтримці певних організмів. Щільність і температура формують структуру водних систем. Океани можна вважати, що складаються з різних зон, заснованих на глибині води та відстані від берегової лінії та проникнення світла. Різні види організмів пристосовані до умов, що знаходяться в кожній зоні. Коралові рифи - це унікальні морські екосистеми, які є домом для найрізноманітніших видів. Лимани зустрічаються там, де річки зустрічаються з океаном; їх мілководдя забезпечують харчування та притулок для молодих ракоподібних, молюсків, риб та багатьох інших видів. Прісноводні біоми включають озера, ставки, річки, струмки та водно-болотні угіддя. Болота - цікавий тип водно-болотних угідь, що характеризується стоячою водою, меншим рН та нестачею азоту.

Мистецькі зв'язки

Малюнок\(\PageIndex{1}\): У якому з наступних регіонів ви очікуєте знайти фотосинтезуючі організми?

1. афотична зона, нерітична зона, океанічна зона та донне царство
2. фотична зона, міжприливна зона, неритна зона та океанічна зона
3. фотична зона, зона безодні, неритічна зона та океанічна зона
4. пелагічна область, афотична зона, неритічна зона та океанічна зона

Відповідь

C. фотосинтезуючі організми будуть знайдені у фотичній, безодній, неритичній та океанічній зонах.

Глосарій

зона безодні

найглибша частина океану на глибині 4000 м і більше

цвітіння водоростей

швидке збільшення водоростей у водній системі

афотична зона

частина океану, куди не проникає світло

бентичне царство

(також, придонна зона) частина океану, яка простягається по дну океану від берегової лінії до найглибших частин океанського дна

канал

ширина річки або струмка від одного берега до іншого

кораловий риф

океанічні хребти, утворені морськими безхребетними, що живуть в теплих мілководді в межах фотичної зони

криптофауна

безхребетні, знайдені в субстраті карбонату кальцію коралових рифів

екосистемні послуги

людські блага та послуги, що надаються природними екосистемами

зароджується рослинність

водно-болотні рослини, які вкорінюються в ґрунті, але мають частини листя, стебел та квітів, що простягаються над поверхнею води

лиман

біоми, де джерело прісної води, наприклад річка, зустрічається з океаном

міжприливна зона

частина океану, яка найближча до суші; частини простягаються над водою під час відливу

неритічна зона

частина океану, яка простягається від відливу до краю континентального шельфу

океанічна зона

частина океану, яка починається на шельфі, де вода вимірює 200 м глибиною або глибше

пелагічне царство

(Також пелагічна зона) відкриті океанічні води, які не знаходяться близько до дна або біля берега

фотична зона

частина океану, що світло може проникнути

планктивор

види тварин, які харчуються планктоном

хижак

види тварин, які полюють і є м'ясоїдними тваринами або «пожирачами плоті»

Саргассум

тип вільно плаваючих морських водоростей

джерело води

точка походження річки або струмка