й воде металлов можно разделить на три класса, которые описывают поведение металла в

13-1822

ОКЕАНЫ

19S

Элемент

Речной приток"

Таблица 4.5. Сравнение общего атмосферного и речного притоков в океаны Земли (109 моль • год-1). По Duce et al. (1991)

1500-3570 0,0027 0,16 0,19 19,7 0,01 0,09

2140

0,02-0,04 0,25-0,82 0,37-0,48 57 0,43

0,67-3,5

Атмосферный приток

Азот (как Nj)

Кадмий

Медь

Никель

Железо

Свинец

Цинк

' Привнос только в растворенном виде; предполагается, что твердые компоненты оседают в дельтах и прибрежной зоне.

" Общий привнос — растворенные вещества плюс твердые.

Оценки основаны на данных, полученных в ранние 1990-е и поэтому включают значительные количества материала, мобилизованного в результате человеческой деятельности.

процессе химического круговорота. Эти классы — консервативный, по типу питательных веществ, и класс выноса — различаются по форме профилей концентрации, построенных в зависимости от глубины в океанах.

4.5.1. Консервативное поведение

Элементы с консервативным поведением характеризуются вертикальными профилями (сходными с профилями главных ионов), которые отражают их практически постоянные концентрации по всей глубине. Такие элементы ведут себя как главные ионы — имеют длительные времена пребывания и хорошо перемешаны в морской воде. Они не являются главными компонентами морской воды только потому, что их содержание в земной коре очень низкое по сравнению с основными ионами. Элементы с рассматриваемым типом поведения образуют простые анионы или катионы (у них низкие отношения z/ryi, следовательно, слабое взаимодействие с водой), например, Cs+ или ион брома (Вт-), или образуют комплексные оксианионы, например, молибден (Мо) и вольфрам (W), существующие в воде в виде МоО]- и WOl- соответственно (рис. 4.13). Консервативные элементы слабо взаимодействуют с биологическим круговоротом.

4.5.2. Поведение по типу питательных веществ

Как и в водах континентов (см. п. 3.7.5.), NOj~, РНФ и силикаты относят обычно к питательным веществам, лимитирующим биологическую продукцию, хотя в некоторых случаях предполагается, что лимитирующими могут быть следовые элементы, особенно железо. Океаны настолько огромны и глубоки, что в действительности они постоянно стратифицированы. В результате образования биотического вещества питательные вещества удаляются из поверхностных вод (вставка 4.8). Отмирая, это биотическое вещество оседает вниз по столбу воды, и в результате его разложения на глубине питательные вещества вновь высвобождаются. Затем они медленно возвращаются в поверхностные воды в процессе глубинного океанического перемешивания и диффузии. В результате вертикальные профили питательных веществ характеризуются низкими концентрациями в поверхностных водах (где скорость процессов биологического потребления превышает скорость поступления) и максимумом

в глубинных водах, где скорости разложения превышают скорость потребления из-за отсутствия света (рис. 4.14). Азот и фосфор включены в круговорот в составе органических тканей организмов, тогда как кремний и кальций (Са) — в составе скелетного материала. Разложение органических тканей происходит в основном за счет дыхания бактерий — быстрого и эффективного процесса. Скелетный материал, напротив, растворяется медленно (см. пп. 4.4.4 и 4.4.5). Результатом таких разных скоростей разложения является то, что концентрационные профили NOJ и фосфора быстро нарастают с глубиной, что подразумевает регенерацию материала на меньшей глубине водяного столба, чем для кремния.

ВСТАВКА 4.8. Первичная продуктивность океанов

Скорость роста фитопланктона в океанах (первичная продуктивность) лимитируется в основном доступностью света и скоростью поступления лимитирующих питательных веществ [обычно считается, что это a30T(N), фосфор (Р) и кремний (Si)]. Зависимость отсвета привязывает продуктивность к верхним слоям океанов. В водах полярных морей рост фитопланктона отсутствует в течение темных зимних месяцев.

В океанах в умеренном климате зимняя продуктивность мала вследствие того, что в результате охлаждения поверхностных вод нарушается термальная стратификация, и ветры перемешивают воды и фитопланктон, которые опускаются на глубину сотен метров. Такое глубинное перемешивание, происходящее во всех «умеренных» и полярных океанах, означает, что вертикальные градиенты концентраций питательных веществ временно прекращают действовать, приводя к соответственному увеличению концентраций питательных веществ в поверхностных водах. Весной стратификация поверхностных вод восстанавливается по мере того, как воды согреваются и сила ветров ослабевает. Как только становится достаточно света, начинается мощный рост фитопланктона. Концентрации питательных веществ, увеличившиеся за зимний период, высоки, что приводит к «весеннему цветению» фитопланктона. Цветение обычно происходит поздней весной, и интенсивность его увеличивается по мере движения к полюсам.

Период весеннего цветения ограничивается доступностью питательных веществ