Всероссийское СМИ "Время Знаний". Возрастная категория 0+

Лицензия на осуществление образовательной деятельности № Л035-01213-63/00622379

Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС 77 - 63093 от 18.09.2015 г. (скачать)


Старшеклассникам о морской среде

Научно-познавательный материал, развивающий кругозор и определяющий экологические проблемы состояния Черного моря. Сформировать интерес к изучению морской среды и ее защиты от внешних загрязнений.

Посмотреть публикацию
Скачать свидетельство о публикации
(справка о публикации находится на 2 листе в файле со свидетельством)

Скачать справку о публикации
Ваши документы готовы. Если у вас не получается скачать их, открыть или вы допустили ошибку, просьба написать нам на электронную почту konkurs@edu-time.ru (обязательно укажите номер публикации в письме)

Старшеклассникам о морской среде

А.И.Лактионов

Учитель физики МБОУ СОШ №61 г. Краснодар, кандидат технических наук

Что мы знаем о морской среде? Существует теория, что жизнь возродилась из морской среды, представляющей собой «бульон», в который входят аминокислоты, как строительные блоки жизни, белки, способные контролировать большинство биохимических процессов в организме, органические и неорганические соединения. Все они находились в самых благоприятных и защищенных от внешних воздействий условиях. Естественная терморегуляция, солнечное излучение, вызывающее процессы фотосинтеза, электрические разряды в атмосфере, происходящие в начальном периоде – все это способствовало синтезу новых органических и неорганических соединений, которые впоследствии и легли в основу зарождения жизни на Земле.

Как «устроена» эта среда, что представляют собой и как «выглядят» ее физические характеристики? Рассмотрим только некоторые из них, самые основные на примере Черного моря.

Основные физические характеристики морской среды это температура и давление, вертикальное распределение которых играет важную роль в жизнеобеспечении морей и океанов. Давление в морской среде рассчитывается по данным глубины, температуры и солености морской воды, поэтому в перечень основных параметров входит и соленость морской воды, которая измеряется в единицах промилле (‰). Проми́лле — одна тысячная доля или 1⁄10 процента, если проще – показывает сколько граммов солей содержится в 1 кг воды, или грубо, т.к. плотность морской воды больше плотности простой воды, – в одном литре воды.

Вертикальное распределение температуры, солености и давления имеют свою стратификацию, особенно изменяющуюся в сезонный период. Эти распределения имеют свои особенности - не равномерное изменение параметров с глубиной. Здесь существуют особые зоны. Верхняя зона соответствует «перемешанному» слою, вызванному тепловому прогреву, ветровыми и волновыми процессами. Она, как правило, характеризуется неизменностью параметров до определенной глубины, зависящей от степени ее прогрева в сезонный период. Температура и соленость здесь одинаковые. Значения температуры в этой зоне самые высокие, как у наиболее прогретой части моря, а соленость – самая низкая. Это объясняется тем, что в период прогрева моря на нижней границе ветрового перемешивания образуется слой скачка температуры, ограничивающий распространение тепла верхним однородным слоем и верхняя – более опресненная зона образована стоком вод с шельфа и дождевыми осадками, как менее плотными остающимися на верхних горизонтах моря.

Вслед за ней следует особая зона с резким изменением этих параметров. Здесь температура резко понижается, а соленость – увеличивается. Наблюдается так называемый «скачок» этих параметров. Т.к. плотность жидкости зависит от этих параметров, то вместе с ними резко изменяется и плотность морской воды в этом диапазоне глубин, образуется «скачок» плотности морской воды. Таким образом, в морской среде возникают участки стратификации этих параметров, которые называются термоклин для температуры, галоклин для солености и пикноклин для давления. Ниже этой зоны находится зона с небольшим равномерным изменением этих параметров до определенных значений. У вертикального распределения температуры на больших глубинах возникает инверсия, - небольшое повышение температуры, вызванная биохимическими реакциями разложения оседающей органической взвеси, происходящими на этих глубинах и благодаря геотермическому притоку тепла от дна Черного моря.

Рис. 1. Вертикальное распределение температуры воды (1) и солености (2), II – зимой, VIII – летом.

Иногда в летние месяцы у побережья Черного моря наблюдается резкое понижение температуры морской воды. Это связано с явлением, которое носит название апвеллинг.

Апвеллингом в океанологии называется явление подъема глубинных морских вод на поверхность. В силу самых различных причин поверхностная вода уходит, и ее место занимает обычно более холодная глубинная вода.

Наиболее часто прибрежный апвеллинг образуется в июне-июле. Продолжительность его изменяется от 2 до 10 суток, интенсивность - от 3 до 10°С, период становления - от 12 час. до 3 суток. Подъем вод прибрежного апвеллинга происходит, в основном, с нижней границы сезонного термоклина (20-40 м), а иногда и с более глубоких горизонтов, вызывая появление на поверхности вблизи берега вод холодного промежуточного слоя (Т=7-8°С)

Отличительной особенностью Черного моря является наличие сероводородной зоны в морской среде. Она начинается с глубины около 100 м и доходит до дна.

В качестве основного механизма образования сероводорода в Черном море считается восстановление сернокислых соединений (сульфатов) при разложении органических остатков (отмерших организмов) под влиянием сульфатредуцирующих бактерий микроспира. Такой процесс возможен в любых водоемах, но образовавшийся в них сероводород быстро окисляется. В Черном море он не исчезает из-за медленного обмена вод и отсутствия возможности его быстрого окисления в глубинных слоях. При подъеме глубинных вод (апвеллинг) в верхний кислородный слой моря происходит окисление сероводорода в сульфаты. Таким образом, в море существует установившийся равновесный круговорот соединений серы, определяемый скоростью обмена вод и другими гидродинамическими процессами.

Рис. 2. Вертикальное распределение кислорода и сероводорода в Черном море.

1 – среднее содержание кислорода;

2 – среднее содержание сероводорода;

3 – отклонение от среднего значения.

Важными характеристиками, оценивающими состояние морских вод, определение влияния загрязнения на природные физико-химические и гидробиологические процессы являются исследования распределения и концентрации фитопланктона и растворенного органического вещества (РОВ) в морской воде. Фитопланктон - фотосинтезирующие организмы, живущие в толще воды, это одноклеточные водоросли и фотосинтезирующие бактерии. Их очень много. В конце лета - начале осени - в период самой теплой воды и время расцвета планктона, у кавказского берега Черного моря, в 1 литре воды у поверхности, обычно насчитывается от десяти тысяч до десяти миллионов клеток фитопланктона. Поскольку они очень маленькие, от нескольких микрон до долей миллиметра, то их огромному числу соответствует совсем ничтожный вес: 1 миллион клеток черноморского фитопланктона весит всего полграмма.

Такое количество фитопланктона в морской среде позволяет понять роль одноклеточных водорослей фитопланктона в жизни моря: эта роль - главная. Фитопланктон - основа жизни в море: улавливая солнечный свет, он превращает воду, углекислый газ, и соли морской воды - в свое живое вещество – растет. Результат фотосинтеза, осуществляемый его клетками - фотолиз воды с образованием свободного кислорода, так необходимого живому миру и синтез АТФ. Таким образом экология морской среды - это, в первую очередь - экология фитопланктона.

Контроль концентрации в морской воде фитопланктона и РОВ очень важен при экологическом мониторинге.

Так, вследствие избыточного поступления биогенных веществ с суши возникает эвтрофикация морской среды, являющаяся серьезной проблемой, особенно в прибрежных зонах вблизи крупных рек и/или городов. Последствиями эвтрофикации могут быть цветение водорослей и гипоксия морских вод и заморы.

РОВ – стабильный органический компонент природных водных источников (морей, океанов, рек, озер и т.д.) и является одним из основных экопротекторов нашей планеты. Поглощение белковоподобными веществами РОВ УФ излучения Солнца обеспечивает защиту живых организмов от воздействия УФ радиации в этой среде. Помимо того, РОВ выполняет токсикопротекторные функции водных систем, связывая и инактивируя пестициды, гербициды, тяжелые металлы, полициклические углеводороды и другие загрязнители шельфовых вод.

Исследование распределения и концентрации фитопланктона и РОВ доступно физическим методам, в частности используя метод флуориметрии. С помощью погружного флуориметра можно проводить измерения вертикального распределения и концентрации этих параметров непосредственно в процессе зондирования аппаратом в исследуемом диапазоне глубин. Измеряя интенсивность флуоресценции РОВ можно контролировать динамику и состояние природных водных экосистем и очистку технологических водных сред.

Флуоресценция РОВ обусловлена, в основном флуоресценцией белковосодержащих компонентов. Исследования флуоресцирующего РОВ проводятся двумя способами «in situ» (непосредственно в морской среде) с помощью погружного флуориметра и «in vitro» - в лабораторных условиях, изучая отобранные с разных глубин пробы морской воды. Для отбора проб используют особый прибор – батометр.

Флуоресценция в фитопланктоне обусловлена хлорофиллом, спектры возбуждения и регистрации которой хорошо известны. Анализ параметров флуоресценции хлорофилла представляет собой мощный инструмент изучения воздействия самых разнообразных экологических факторов на растительные организмы.

На рис. 3 представлен погружной флуориметр “Variosens”, измеряющий флуоресценцию хлорофилла фитопланктона.

Рис. 3. Погружной флуориметр “Variosens”

В качестве примера на рисунках 4 и 5 представлены профили вертикальных распределений основных морских параметров.

На рис. 4 представлены наиболее характерные профили хлорофилла фитопланктона (Ф) и температуры (Т), полученные в разное время года.

Рис. 4. Профили хлорофилла фитопланктона (Ф) и температуры (Т), полученные в разное время года.

На рис. 5 представлены профили плотности морской воды, интенсивности флуоресценции РОВ и хлорофилла фитопланктона.

Рис. 5. Профили параметров морской среды: Ichl – интенсивность флуоресценции хлорофилла фитопланктона, 0 – плотность морской воды, F0 – интенсивность флуоресценции РОВ.

Представленные профили как бы визуализируют состояние морской среды и характеристики ее параметров, что позволяет представить происходящие в морской среде процессы.

Фото на рис. 3 и профили на рис. 4 и 5 представлены из материалов авторской кандидатской диссертации «Разработка методов исследования распределения флуоресцирующего растворенного органического вещества в морской среде».

В данной работе представлена лишь небольшая часть понимания того, что происходит в морской среде, но и этого достаточно, чтобы понять, насколько это интересный и не познанный нами мир и насколько актуальна работа, посвященная его изучению и решению экологических проблем.

Время Знаний

Россия, 2015-2024 год

Всероссийское СМИ - "Время Знаний"
Выходные данные
Издатель: ИП Воробьев И.Е.
Учредитель и главный редактор: Воробьев И.Е.
Электронная почта редакции: konkurs@edu-time.ru
Возрастная категория 0+
Свидетельство о регистрации ЭЛ № ФС 77 - 63093 от 18.09.2015 г.
выдано Роскомнадзор
Обновлено по состоянию на: 29.03.2024


Правообладатель товарных знаков
ВРЕМЯ ЗНАНИЙ (Св-во №779618)
EDUTIME (Св-во №778329):
Воробьев И.Е.

Лицензия на осуществление образовательной деятельности № Л035-01213-63/00622379 выдана Министерством образования и науки Самарской области