Солёность воды, как экологический фактор

В Мировом океане и его морях наблюдается большое разнообразие экологических условий: сочетание абиотических и биотических факторов, от которых зависит распределение жизни. К первым относятся: подводная освещенность, температура, соленость, плодородие вод и др.

Соленость обычно является одной из основных характеристик водных масс, распределения морских организмов, элементов морских течений и т.д

Поверхностные воды Земли по химизму и происхождению образуют две основных группы: морские и пресные. Основная масса морской воды сформировалась почти одновременно с самой Землей, и растворенные в ней соли - это, в основном, продукт первичной дегазации магмы. Свежая магма выделяла массу нестабильных элементов, многие из которых как раз и растворились с воде. Основные компоненты солености морской воды - натрий и хлор, на порядок меньше в ней калия и магния, остальные ионы несущественны.

Распространение и жизнедеятельность организмов в водной среде в значительной степени зависят от ее химического состава. Прежде всего, водные организмы подразделяют на пресноводные и морские в зависимости от солености воды, в которой они обитают. Повышение солености воды в среде обитания ведет к потере воды организмом.

1. Определение солёности

Суммарное содержание всех растворенных в воде минеральных веществ называют соленостью. Для характеристики пресных вод она выражается чаще всего в миллиграммах на дециметр кубический раствора (мг/дм3), солоноватых и морских - в промилле (% о), 1% в соответствует концентрации 1 грамм на дециметр кубический (г / л).

Средняя океаническая соленость составляет 35%о, т.е. в 1 литре воды содержится 35 граммов солей. Несмотря на сравнительно малую концентрацию солей, общее количество их в огромной массе воды Мирового океана исчисляется астрономической цифрой - 5•10¹⁶ тонн.

Соленость пресной воды менее 0,5%о. В морской среде около 27%о приходится на долю NaCl, а остальное - это, главным образом, соли магния, кальция и калия. Поскольку соли диссоциированы на ионы, химический состав воды указывают в ионах. Соотношение различных компонентов в воде сохраняется практически постоянным, поэтому общую соленость рассчитывают, как правило, по содержанию хлорид-иона, определить который легче, чем общую соленость. 19%о содержания хлоридов соответствует приблизительно 35%о общей солености

Таблица 1. Содержание некоторых элементов в морской воде

В 1978 году введена и утверждена всем международными океанографическими организациями шкалапрактической солености (Practical Salinity Scale 1978, PSS 78) в которой измерение солёности основано наэлектропроводности (кондуктометрия), а не на выпаривании воды. В 1970х годах широкое применение вморских исследованиях получили океанографические CTD зонды, и с тех пор солёность воды измеряется восновном электрическим методом. Для поверки работы ячеек электропроводности, которые погружаются вводу используют лабораторные солемеры, такие как Guildline Autosal 8400. В свою очередь, для проверкисолемеров используют стандартную морскую воду. Стандартная морская вода, рекомендованнаямеждународной организацией IAPSO для поверки солемеров, производится в Великобритании лабораториейOcean Scientific International Limited (OSIL) из стандартной морской воды. При соблюдении всех стандартовизмерения можно получить точность измерения солёности до 0,001 единицы PSU.

Шкала PSS 78 даёт числовые результаты близкие к измерениям массовых долей, и различия заметны либокогда необходимы измерения с точностью выше 0,01 PSU, либо когда солевой состав не соответствует стандартному составу океанской воды.

2. Классификация природных водоемов по солености

Все природные воды подразделяются на пресные (соленость до 1,0% о), солоноватые, соленые, или морские, и ультрагалинни, или пересоленные. Пресные воды, в свою очередь, подразделяются на гипогалинни и олигогалинни, а солоноватые - на мезогалинни и полигалинни. В природных водах преобладают анионы НСО3-, СО3 -, SO4 - и СИ-и катионы Са2 +, Mg2 +, Na + и К +.

В пресных водах концентрация карбонатных ионов наибольшая по сравнению с содержанием других ионов. Минерализация морских (океанических) вод определяется, в основном, хлоридами натрия и магния. В пресных водах их содержание составляет не более 5,2, а карбонатов - 60,1%, в воде открытой части океана - соответственно 88,7 и 0,3%.

Сток с суши является одним из важнейших факторов, влияющих на содержание солей в морской воде, ее плотность, активную реакцию (рН) и другие свойства. В открытом океане соленость варьирует в очень узких пределах. Наиболее выражены колебания солености в прибрежной зоне, где свое влияние оказывают впадающие в бухты и заливы реки и протоки. Диапазон изменения солености в зонах эстуариев по сезонам может составлять более 10-15%о. Кроме того, в вертикальном разрезе наибольшим колебаниям концентрации солей подвержены верхние водные массы, поскольку поступление в них пресных вод может значительно увеличиваться с поверхностным стоком с суши и атмосферными осадками.

Внутренние моря в целом характеризуются пониженным содержанием солей (гипогалинные водоемы), по сравнению с окраинными и, тем более, с межостровными морями. Так, например, соленость Черного моря в среднем 18%о (Зайцев, 2006). Однако среди внутриконтинентальных морей встречаются и гипергалинные водоемы (Мертвое море, Красное море), что обусловлено отсутствием крупных водотоков, впадающих в такие моря, а также жарким климатом, способствующим испарению воды и увеличению концентрации солей в воде.

Общая классификация природных вод по их солености, принятая во всем мире представлена в таблице 2.

Таблица 2 Классификация природных водоемов по солености

3. Стратификация

Стратификация - наличие или формирование отчетливых слоев в массе воды, выделяемых по солености, термическим характеристикам и др. физическим причинам.

Анализ средних широтных величин солености показывает, что в тех областях, где она повышена на поверхности океана, происходит ее уменьшение ко дну. Напротив того, соленость возрастает при опреснении поверхностных вод. Уменьшение солености по вертикали наблюдается в тропической зоне, увеличение - в экваториальной, умеренной и полярной зонах. Оба эти вида общего изменения солености воды по вертикали имеют примерно равное распространение, поскольку тропические широты занимают почти половину всей акватории Мирового океана. Кроме того, следует иметь в виду и то, что рост солености по вертикали характерен для северной половины Атлантического океана.

Соленость водной толщи с глубиной увеличивается. Однако в разные сезоны года стратификация вод по солености может увеличиваться и уменьшаться. В летний период, например, образуется более опресненный поверхностный слой, особенно выраженный в прибрежной части, что может быть связано с таянием ледников (Берингово море) или обильными атмосферными осадками (Японское море). У внутренних морей стратификация зависит, главным образом, от влияния речного стока. Так, речная вода, впадающая в Черное море (Дунай, Днестр, Днепр) растекается по поверхности пелагиали. Ослабленный же водообмен с другими водоемами у внутренних морей в свою очередь еще более усиливает стратификацию водной массы.

В Беринговом море соленость варьирует от 32 до 34,7%о. В летний период, когда в открытой части моря выделяют четыре слоя водных масс (табл. 1) в каждом из слоев наблюдаются определенные параметры солености, значения которой увеличиваются с глубиной. Наиболее соленые воды занимают основной объем глубоководных котловин Берингова моря. Соленость по сезонам в этой крупнейшей акватории варьирует незначительно. В Охотском море на основании вертикального распределения океанологических характеристик в теплый сезон выделяют пять слоев водных масс (табл. 3).

В Японском море, также как и в Охотском, наблюдаются сезонные изменения солености, более выраженные по сравнению с Беринговым морем (32-34,5%о). Во всех дальневосточных морях минимальные значения солености водных масс регистрируются летом, максимальные - зимой.

Таблица 3 Содержание солей в вертикально стратифицированных водных массах Охотского моря в летний период

4. Влияние солёности на водные организмы

Особую роль солёность воды играет в формировании биологической продуктивности морей и океанов, так как многие организмы очень восприимчивы к незначительным ее изменениям. Многие виды животных являются целиком морскими (многие виды рыб, беспозвоночных и млекопитающих). океанический соленость природный

На рисунке - обобщенная картина изменения разнообразия жизни на градиенте солености. Очевидны два пика разнообразия - острый пресноводный, при солености 0-5‰, и несколько более размазанный морской, при солености 20-40‰. Между ними - провал, с минимумом по принципу Ремане (заполненный узкой прослойкой солоноватоводных видов). Справа от морского пика - быстрый спад, а дальше весь оставшийся диапазон солености принадлежит немногим гипергалинным видам пресноводного происхождения.

Верхним пределом распространения животных считается соленость около 22о‰, бактерий - около 30о‰ (водоемы же известны до 35о‰).

В солоноватых водах обитают виды, способные переносить повышенную соленость. В эструариях((от лат. aestuarium), затопляемые воронкообразные устья рек, расширяющиеся при впадении в моря иокеаны.), где соленость ниже 3 ‰, морская фауна беднее. В Балийском море, соленость которого составляет 4 ‰, встречаются балянусы, кольчецы, а также коловратки и гидроиды.

Водные организмы подразделяются на пресноводные и морские по степени солености воды, в которой они обитают. Сравнительно немногие растения и животные могут выдерживать большие колебания солености. Такие виды обычно обитают в эструариях рек или в соленых маршах и носят названия эвригалинных. К ним относятся многие обитатели литорали (соленость около 35 ‰), эструариев рек, солоноватоводных (5 35 ‰) и ультрасоленых (50 250 ‰), а также проходные рыбы, нерестящиеся в пресной воде (< 5 ‰). Наиболее удивительный пример рачок Artemia salina, способный существовать при солености от 20 до 250 ‰ и даже переносить полное временное опреснение. Способность существовать в водах с различной соленостью обеспечивается механизмами осморегуляции, которую поддерживают относительно постоянные концентрации осмотически активных веществ в жидкостях внутренней среды.

По отношению к солености среды животные делятся на стеногалинных и эвригалинных. Стеногалинные животные животные, не выдерживающие значительные изменения солености среды. Это подавляющее число обитателей морских и пресных водоемов. Эвригалинные животные способны жить при широком диапазоне колебаний солености. Например, улитка Hydrobia ulvae способна выживать при изменении концентрации NaCl от 50 до 1600 ммоль/мл. К ним относятся также медуза Aurelia aurita, съедобная мидия Mutilus edulis, краб Carcinus maenas, аппендикулярия Oikopleura dioica.

Устойчивость по отношению к изменению солености меняется с температурой. Например, гидроид Cordylophora caspia лучше переносит низкую соленость при невысокой температуре; десятиногие раки переходят в малосоленые воды, когда температура становится слишком высокой. Виды, обитающие в солоноватых водах, отличаются от морских форм размерами. Так, краб Carcinus maenas в Балтийском море имеет маленькие размеры, а в эструариях и лагунах крупные. То же можно сказать и о съедобной мидии Mutilus edulis, имеющей в Балтийском море средний размер 4 см, в Белом море 10 12 см, а в Японском 14 16 см в соответствии с увеличением солености. Кроме того, от солености среды зависит и строение эвригалинных видов. Рачок артемия при солености 122‰ имеет размер 10 мм, при 20‰ достигает 24 32 мм. Одновременно изменяется форма тела, придатков и окраска.

Соленость воды оказывает существенное влияние на видовое богатство водорослей. Многие виды бурых и красных водорослей очень чувствительны к изменениям солености и не могут расти даже при незначительном опреснении. Так, в Средиземном море, где соленость может достигать 37-39%о обнаружено более 300 видов красных водорослей, в Черном (17-18 %о) -129, в Каспийском (10%) - только 22 вида багрянок. Вместе с тем зеленые водоросли - это преимущественно пресноводные организмы, лишь 10% из них встречаются в морях, и многие морские виды являются толерантными к данному фактору

Поддержание определенного осмотического давления и концентрации ионов в жидкостях тела животных обеспечивается сложным механизмом водно-солевого обмена. Большинство водных организмов пойкилоосмотичны - т.е. осмотическое давление внутри их тела зависит от концентрации солей в окружающей их среде. Морские беспозвоночные в основном не имеют механизма водно-солевого обмена, поскольку они изотоничны - т.е. концентрация солей в их жидкостях близка к солености морской воды.

Заключение