До какой глубины в Мировом океане простирается зона фотосинтеза. КПД фотосинтеза в наземных и морских экосистемах. Океаны и моря Пищевые цепи и пирамиды

⁰

От поверхности до самого дна в океане кипит жизнь разнообразных животных и растений. Так же как и на суше, почти вся жизнь здесь зависит от растений. Основная пища - миллиарды микроскопических растений, называемые фитопланктоном, которые переносятся течениями. Используя солнечных лучей, они создают себе пищу из морской , углекислоты и минеральных . В ходе этого процесса, называемого фотосинтезом , фитопланктон производит 70% атмосферного кислорода. Фитопланктон состоит в основном из маленьких растений, называемых диатомеями. В чашке морской воды их может быть до 50 тысяч. Фитопланктон может жить только возле поверхности, где достаточно света для фотосинтеза. Другая часть планктона - зоопланктон не участвует в фотосинтезе и поэтому может жить глубже. Зоопланктон - это крошечные животные. Они питаются фитопланктоном или поедают друг друга. Зоопланктон включает молодь - личинки крабов, креветок, медуз и рыб. Большинство из них совсем не похожи на взрослые особи. Оба типа планктона служат пищей для рыб и других животных - от маленькой медузы до огромных китов и акул. Количество планктона меняется от места к месту и от сезона к сезону. Больше всего планктона встречается на континентальном шельфе и у полюсов. Криль - один из видов зоопланктона. Больше всего криля в Южном океане. Планктон живет и в пресных водах. Если сможете, рассмотрите под микроскопом каплю воды из пруда или реки или каплю морской воды

Пищевые цепи и пирамиды

Животные поедают растения или других животных и сами служат пищей для других видов. Более 90% обитателей моря кончают жизнь в чужих желудках. Вся жизнь в океане соединена, таким образом, в огромную пищевую цепь, начинающуюся с фитопланктона. Чтобы прокормить одно большое животное, надо много маленьких, поэтому крупных животных всегда меньше, чем мелких. Это можно изобразить в виде пирамиды питания. Чтобы увеличить свою массу на 1 кг, тунцу нужно съесть 10 кг скумбрии. Для получения 10 кг скумбрии нужно 100 кг молодой сельди. На 100 кг молодой сельди нужно 1000 кг зоопланктона. Чтобы выкормить 1000 кг зоопланктона, нужно 10 000 кг фитопланктона.

Этажи океана

Толщу океана можно разделить на слои, или зоны, по количеству света и тепла, которые проникают с поверхности (см. так же статью « «). Чем глубже зона, тем в ней холоднее и темнее. Все растения и большинство животных находятся в двух верхних зонах. Солнечная зона дает жизнь всем растениям и большому разнообразию животных. В сумеречную зону проникает лишь немного света с поверхности. Самые крупные обитатели здесь – рыбы, кальмары и осьминоги. В темной зоне около 4 градусов цельсия. Животные здесь питаются в основном «дождем» из отмершего планктона, опускающего с поверхности. В абиссальной зоне полный мрак и ледяной холод. Немногие животные, которые обитают там, живут при постоянном высоком давлении. Животные встречаются и в океанских впадинах, на глубинах более 6 км от поверхности. Они питаются тем, что опускается сверху. Около 60% глубоководных рыб имеют собственное свечение, чтобы находить пищу, обнаруживать врагов и подавать сигналы родичам.

Коралловые рифы

Коралловые рифы находятся на мелководье в теплых, чистых тропических водах. Они слагаются из скелетов маленьких животных, называемых коралловыми полипами. Когда старые полипы умирают, новые начинают расти на их скелетах. Старейшие рифы начали расти много тысяч лет назад. Один из видов коралловых рифов - это атолл, имеющий форму кольца или подковы. Ниже показано образование атоллов. Коралловые рифы начали расти вокруг вулканического острова. Посла затухания вулкана остров стал опускаться на дно. Риф продолжает расти по мере погружения острова. В середине рифа образуется лагуна (мелков соленое озеро). Когда остров затонул полностью, коралловый риф образовал атолл - кольцевой риф с лагуной посередине. Коралловые рифы отличаются более разнообразной жизнью, чем другие части океана. Там водится треть всех видов океанских рыб. Самым крупным является Большой Барьерный риф на восточном побережье Австралии. Он протянулся на 2027 км и приютил 3000 видов

Чарльз

Почему океаны имеют «низкую продуктивность» с точки зрения фотосинтеза?

80% мирового фотосинтеза происходит в океане. Несмотря на это, океаны также имеют низкую продуктивность - они покрывают 75% земной поверхности, но из ежегодного 170 миллиардов тонн сухого веса, зафиксированного в результате фотосинтеза, они дают только 55 миллиардов тонн. Не противоречат ли эти два факта, с которыми я столкнулся по отдельности? Если океаны исправить 80% от общего C O X 2 " role="presentation" style="position: relative;">C O X C O X 2 " role="presentation" style="position: relative;"> C O X 2 " role="presentation" style="position: relative;">2 C O X 2 " role="presentation" style="position: relative;"> C O X 2 " role="presentation" style="position: relative;">С C O X 2 " role="presentation" style="position: relative;">О C O X 2 " role="presentation" style="position: relative;">Икс C O X 2 " role="presentation" style="position: relative;">2 фиксируется фотосинтезом на земле и высвобождает 80% от общего количества O X 2 " role="presentation" style="position: relative;">O X O X 2 " role="presentation" style="position: relative;"> O X 2 " role="presentation" style="position: relative;">2 O X 2 " role="presentation" style="position: relative;"> O X 2 " role="presentation" style="position: relative;">О O X 2 " role="presentation" style="position: relative;">Икс O X 2 " role="presentation" style="position: relative;">2 Высвобожденные в результате фотосинтеза на Земле, они должны были составлять также 80% сухого веса. Есть ли способ примирить эти факты? В любом случае, если 80% фотосинтеза происходит в океанах, это вряд ли кажется низкой продуктивностью - тогда почему океаны, как говорят, имеют низкую первичную продуктивность (для этого также приводится множество причин - что свет не доступен на всех глубинах в океанах, так далее.)? Большое количество фотосинтеза должно означать большую производительность!

C_Z_

Будет полезно, если вы укажете, где вы нашли эти две статистики (80% мировой продуктивности приходится на океан, а океаны производят 55/170 миллионов тонн сухого веса)

Ответы

chocoly

Во-первых, мы должны знать, каковы наиболее важные критерии для фотосинтеза; это: свет, СО 2 , вода, питательные вещества. docenti.unicam.it/tmp/2619.ppt Во-вторых, производительность, о которой вы говорите, должна называться «первичная производительность» и рассчитывается путем деления количества углерода, конвертированного на единицу площади (м 2), на время. ww2.unime.it/snchimambiente/PrPriFattMag.doc

Таким образом, благодаря тому факту, что океаны занимают большую площадь мира, морские микроорганизмы могут превращать большое количество неорганического углерода в органический (принцип фотосинтеза). Большая проблема в океанах - наличие питательных веществ; они имеют тенденцию откладываться или реагировать с водой или другими химическими соединениями, даже если морские фотосинтезирующие организмы в основном обнаруживаются на поверхности, где, конечно, присутствует свет. Это снижает как следствие потенциал фотосинтетической продуктивности океанов.

WYSIWYG ♦

MTGradwell

Если океаны фиксируют 80% общего CO2CO2, зафиксированного в результате фотосинтеза на земле, и выделяют 80% общего O2O2, выделяемого в результате фотосинтеза на земле, они должны были также составлять 80% от полученного сухого веса.

Во-первых, что подразумевается под «О 2 выпущен»? Означает ли это, что «O 2 высвобождается из океанов в атмосферу, где он способствует росту излишков»? Этого не может быть, поскольку количество O 2 в атмосфере довольно постоянное, и есть свидетельства того, что он значительно ниже, чем в юрские времена. В целом, глобальные поглотители O 2 должны уравновешивать источники O 2 или, если что-то должно немного превышать их, приводя к тому, что текущие уровни CO2 в атмосфере постепенно увеличиваются за счет уровней O 2 .

Таким образом, под «выпущенным» мы имеем в виду «выпущенный в процессе фотосинтеза в момент его действия».

Океаны фиксируют 80% от общего количества CO 2 , связанного с помощью фотосинтеза, да, но они также расщепляют его с такой же скоростью. Для каждой клетки водорослей, которая является фотосинтезирующей, есть та, которая мертва или умирает и потребляется бактериями (которые потребляют O 2), или она сама потребляет кислород для поддержания своих метаболических процессов в ночное время. Таким образом, чистое количество O 2, выделяемого океанами, близко к нулю.

Теперь мы должны спросить, что мы подразумеваем под «производительностью» в этом контексте. Если молекула CO 2 фиксируется из-за активности водорослей, но затем почти сразу же снова становится незафиксированной, считается ли это «производительностью»? Но, моргни, и ты упустишь это! Даже если вы не моргаете, вряд ли это будет измеримо. Сухой вес водорослей в конце процесса такой же, как и в начале. поэтому, если мы определим «продуктивность» как «увеличение сухой массы водорослей», то производительность будет равна нулю.

Чтобы фотосинтез водорослей оказывал устойчивое воздействие на глобальные уровни CO 2 или O 2 , фиксированный CO 2 должен быть включен во что-то менее быстрое, чем водоросли. Что-то вроде трески или хека, которые в качестве бонуса можно собирать и ставить на столы. «Производительность» обычно относится к способности океанов пополнять запасы этих вещей после сбора урожая, и это действительно мало по сравнению со способностью земли производить повторные урожаи.

Это было бы другой историей, если бы мы рассматривали водоросли как потенциально пригодные для массового сбора урожая, так что их способность расти как лесной пожар при наличии стоков удобрений с земли была расценена как «продуктивность», а не как глубокое неудобство. Но это не так.

Другими словами, мы склонны определять «продуктивность» в терминах того, что полезно для нас как вида, а водоросли, как правило, бесполезны.

Чарльз

Почему океаны имеют «низкую продуктивность» с точки зрения фотосинтеза?

C_Z_

Ответы

chocoly

WYSIWYG ♦

MTGradwell

Если океаны фиксируют 80% общего CO2CO2, зафиксированного в результате фотосинтеза на земле, и выделяют 80% общего O2O2, выделяемого в результате фотосинтеза на земле, они должны были также составлять 80% от полученного сухого веса.

Таким образом, под «выпущенным» мы имеем в виду «выпущенный в процессе фотосинтеза в момент его действия».

Фотосинтез лежит в основе всей жизни на нашей планете. Этот процесс, идущий в наземных растениях, водорослях и многих видах бактерий определяет существование практически всех форм жизни на Земле, преобразуя потоки солнечного света в энергию химических связей, которая затем уже шаг за шагом передается к вершинам многочисленных пищевых цепочек.

Скорее всего, этот же процесс в свое время положил начало резкому увеличению парциального давления кислорода в атмосфере Земли и снижению доли углекислого газа, что в конечном итоге привело к расцвету многочисленных сложно организованных организмов. И до сих пор, по мнению многих ученых, только фотосинтез способен сдержать стремительный натиск СО 2 , выбрасываемого в воздух в результате ежедневного сжигания человеком миллионов тонн различных видов углеводородного топлива.

Новое открытие американских ученых заставляет по-новому взглянуть на фотосинтетический процесс

В ходе «нормального» фотосинтеза этот жизненно важный газ получается в качестве «побочного продукта». В нормальном режиме фотосинтетические «фабрики» нужны для связывания СО 2 и производства углеводов, выступающих впоследствии в качестве источника энергии во многих внутриклеточных процессах. Световая энергия в этих «фабриках» идет на разложение молекул воды, в ходе которого выделяются необходимые для фиксации углекислого газа и углеводов электроны. При этом разложении выделяется и кислород O 2 .

Во вновь открытом процессе для усваивания углекислого газа используется лишь малая часть выделяющихся при разложении воды электронов. Львиная же их доля в ходе обратного процесса идет на формирование молекул воды из «свежевысвобожденного» кислорода. При этом энергия, преобразуемая в ходе вновь открытого фотосинтетического процесса, не запасается в виде углеводов, а напрямую поступает к жизненно важным внутриклеточным энергопотребителям. Впрочем, детальный механизм такого процесса пока остается загадкой.

Со стороны может показаться, что подобная модификация фотосинтетического процесса является пустой тратой времени и энергии Солнца. Трудно поверить, что в живой природе, где за миллиарды лет эволюционных проб и ошибок каждая мелочь оказалась устроена предельно эффективно, может присутствовать процесс со столь низким КПД.

Тем не менее такой вариант позволяет защитить сложный и хрупкий аппарат фотосинтеза от чрезмерного облучения солнечным светом.

Дело в том, что фотосинтетический процесс в бактериях не может быть попросту остановлен в отсутствие необходимых ингредиентов в окружающей среде. До тех пор пока микроорганизмы подвержены воздействию солнечной радиации, они вынуждены преобразовывать энергию света в энергию химических связей. При отсутствии необходимых компонентов фотосинтез может привести к образованию свободных радикалов, губительных для всей клетки, а потому цианобактерии просто не могут обходиться без запасного варианта преобразования энергии фотонов из воды в воду.

Этот эффект пониженного уровня преобразования СО 2 в углеводы и пониженного же высвобождения молекулярного кислорода уже наблюдался в серии недавних работ в природных условиях Атлантического и Тихого океанов. Как оказалось, пониженного содержание питательных веществ и ионов железа наблюдаются почти в половине их акваторий. Следовательно,

примерно половина энергии солнечного света, приходящаяся на обитателей этих вод, преобразуется в обход привычного механизма поглощения двуокиси углерода и высвобождения кислорода.

А значит, вклад морских автотрофов в процесс поглощения СО 2 был прежде существенно завышен.

Как один из специалистов отдела всемирной экологии Института имени Карнеги Джо Бери, новое открытие существенно изменит наши представления о процессах переработки солнечной энергии в клетках морских микроорганизмов. По его словам, ученым еще предстоит раскрыть механизм нового процесса, но уже сейчас его существование заставит по-иному взглянуть на современные оценки масштабов фотосинтетического поглощения СО 2 в мировых водах.

Принцип кислородного и радиоуглеродного метода определения первичной продукции (скорости фотосинтеза). Задачи на определение, деструкции, валовой и чистой первичной продукции.

Какие обязательные условия должны быть на планете Земля для образования озонового слоя. Какие диапазоны УФ задерживает озоновый экран.

Какие формы экологических взаимоотношений отрицательно сказываются на видах.

Аменсализм- одна популяция отрицательно влияет на другую, но сама не испытывает ни отрицательного, ни положительного влияния. Типичный пример - высокие кроны деревьев, угнетающие рост низкорослых растений и мхов, за счет частичного перекрывания доступа солнечного света.

Аллелопатия - форма антибиоза, при которой организмы оказывают взаимно вредное влияние друг на друга, обусловленное их жизненными факторами (например, выделениями веществ). Встречается в основном у растений, мхов, грибов. При этом вредное влияние одного организма на другой не является необходимым для его жизнедеятельности и не приносит ему пользы.

Конкуренция - форма антибиоза, при которой два вида организмов являются биологическими врагами по своей сути (как правило, из-за общей кормовой базы или ограниченных возможностей для размножения). Например, между хищниками одного вида и одной популяции или разных видов, питающихся одной пищей и обитающих на одной территории. В этом случае вред, причиняемый одному организму приносит пользу другому, и наоборот.

Озон образуется, когда солнечное ультрафиолетовое излучение бомбардирует молекулы кислорода (О2 -> О3).

Образование озона из обычного двухатомного кислорода требует довольно большой энергии – почти 150 кДж на каждый моль.

Известно, что основная часть природного озона сосредоточена в стратосфере на высоте от 15 до 50 км над поверхностью Земли.

Фотолиз молекулярного кислорода происходит в стратосфере под воздействием ультрафиолетового излучения с длиной волны 175-200 нм и до 242 нм.

Реакции образования озона:

О2 + hν → 2О.

О2 + O → О3.

Радиоуглеродная модификация сводится к следующему. В пробу воды вносят изотоп углерода 14С в виде карбоната или гидрокарбоната натрия с известной радиоактивностью. После некоторой экспозиции склянок воду из них отфильтровывают через мембранный фильтр и определяют на фильтре радиоактивность клеток планктона.

Кислородный метод определения первичной продукции водоемов (скляночный метод) - основан на определении интенсивности фотосинтеза планктонных водорослей в склянках, установленных в водоеме на разной глубине, а также в естественных условиях - по разности содержания растворенного в воде кислорода в конце дня и в конце ночи.

Задачи на определение, деструкции, валовой и чистой первичной продукции.??????

Эвфотическая зона- верхний слой океана, освещенность которого достаточна для протекания процесса фотосинтеза. Нижняя граница фотической зоны проходит на глубине, которую достигает 1 % света с поверхности. Именно в фотической зоне обитает фитопланктон,а также радиолярии произрастают растения и обитает большинство водных животных. Чем ближе к полюсам Земли, тем меньше фотическая зона. Так, на экваторе, где солнечные лучи падают практически вертикально, глубина зоны составляет до 250 м, тогда как в Белом не превышает 25 м.

Величина КПД фотосинтеза зависит от многих внутренних и внешних условий. Для отдельных листьев, помещенных в специальные условия, величина КПД фотосинтеза может достигать 20%. Однако первичные синтетические процессы, протекающие в листе, вернее в хлоропластах, и конечный урожай разделяет вереница физиологических процессов, в которой теряется значительная часть накопленной энергии. Кроме того, эффективность усвоения световой энергии постоянно ограничивается уже упомянутыми факторами окружающей среды. В силу этих ограничений даже у самых совершенных сортов сельскохозяйственных растений в оптимальных условиях роста величина КПД фотосинтеза не превышает 6-7%.