Морские экосистемы

Коралловые рифы являются одной из самых известных морских экосистем в мире. Они представляют собой скопления кораллов, в которых обитает множество различных видов живых существ. Кораллы образуют многочисленные симбиотические связи с окружающими их организмами. Крупнейшим в мире колалловым рифом считается Большой Барьерный риф^[9].

Мангры — это деревья или кустарники, которые растут в почвах с низким содержанием кислорода, расположенных вблизи береговой линии в тропических и субтропических регионах. Они представляют собой чрезвычайно продуктивную и сложную экосистему^[10]. К мангровым растениям относится несколько пород деревьев и кустарников, не всегда близко родственных друг другу, но имеющих ряд общих особенностей, одинаковых приспособлений для существования на границе моря и суши^[11]. Так, из-за близости к побережью у них развились особые механизмы адаптации: они способны выделять избыток солей через листья и обеспечивать корневую систему кислородом через воздухоснабжение корней, чтобы выживать в условиях солёной воды с низким содержанием кислорода^[11].

Мангровые заросли служат источником пищи для множества видов животных, а также способствуют поглощению углекислого газа из атмосферы^[10]. По оценкам учёных, мангровые леса ежегодно поглощают около 34 миллионов тонн углерода^[11].

Морские травы образуют густые подводные луга, которые являются одними из самых продуктивных экосистем в мире. Подобно коралловым рифам, они служат средой обитания и пищей для множества морских обитателей, среди которых есть и беспозвоночные, такие как креветки и крабы, рыбы, такие как треска и камбала, а также морские млекопитающие и птицы. Они также служат убежищем для исчезающих видов, таких как морские коньки, черепахи и дюгони^[12].

Морские луга служат своего рода барьером, защищающим от прибрежных бурь. Когда волны разбиваются о берег, листья морских лугов поглощают энергию волн. Кроме того, морские луга играют важную роль в поддержании здоровья прибрежных вод. Они способствуют очищению воды, поглощая бактерии и питательные вещества. Также морские травы способны впитывать большое количество углерода, снижая тем самым воздействие парниковых газов на климат^[12].

Однако в современном мире морские луга подвергаются негативному воздействию со стороны человека. Загрязнение сточными водами с суши, использование рыболовных судов с землечерпательными снарядами и тралами, которые повреждают траву, а также чрезмерный вылов рыбы — всё это наносит ущерб экосистеме.

Заросли водорослей встречаются по всему миру в прибрежных водах океанов умеренного и полярного поясов^[13]. В 2007 году их обнаружили и в тропических водах близ Эквадора^[14]. Такие леса представляют собой уникальную среду обитания для морских организмов^[15]. Органы прикрепления водорослей — подошва (уплощённое расширение в основании) или ризоиды (разветвлённые выросты) — служат убежищем для молодых рыб, местом для нереста взрослых рыб и пищей для беспозвоночных, таких как морские ежи и другие морские обитатели^[16].

Леса водорослей, подобно наземным лесам, активно поглощают различные загрязняющие вещества, в том числе стоки удобрений с полей и углеродные соединения, которые в значительной мере поступают в океан из атмосферы. Так, они помогают компенсировать значительную часть выбросов, способствующих глобальному потеплению^[16].

В 2024 году в научном журнале Nature Microbiology была опубликована статья, в которой сообщается, что один из самых частых видов морских водорослей — Pelagophyceae — участвует в процессе производства диметилсульфониопропионата (DMSP), который способствует охлаждению климата Земли^[17].

Эстуарий формируется, когда речные наносы удаляются морскими течениями или приливами. При этом прилегающая часть моря должна иметь значительную глубину. В таких условиях, даже если отложения выносятся в большом количестве, они не накапливаются в устье^[18].

Большинство эстуариев представляют собой заболоченные места. Реки несут ил, который состоит из мельчайших частиц твёрдых пород и растительных остатков. В устье реки течение замедляется, и ил оседает на дно. Во время прилива вместе с водой в эстуарий попадает песок и галька, которые смешиваются с илом. Когда вода уходит, остаётся илистая грязь. Со временем в эстуарии образуются обширные заболоченные участки, называемые низинами.

Так, эстуариями называются прибрежные зоны, в которых текущие с суши пресные воды смешиваются с солёными морскими. Они являются местом обитания множества видов, способных адаптироваться к изменениям солёности воды. В эстуариях встречаются как морские, так и пресноводные виды, а также специализированные организмы, приспособленные к колебаниям солёности. Также здесь обитают моллюски, такие как устрицы и мидии, ракообразные, такие как креветки и крабы, а также различные водные растения, планктон и бентосные организмы^[19].

Эстуарии также предоставляют важнейшие экосистемные услуги, такие как фильтрация воды, защита среды обитания, предотвращение эрозии почвы, регулирование газового состава и круговорота питательных веществ^[20].

Лагуны — это участки водоёмов, которые отделены от большей части воды естественными преградами, такими как коралловые рифы или барьерными островами. Существует два типа лагун: прибрежные и окружённые атоллами^[21].

Прибрежная лагуна — это водоём, который отделён от океана естественным барьером. Окружённая атоллами лагуна — это круглый коралловый риф или несколько коралловых островов, окружающих лагуну. Они обычно глубже, чем прибрежные лагуны^[22].

Большинство лагун отличаются небольшой глубиной, что делает их уязвимыми к воздействию осадков, испарения и ветра. В результате солёность и температура воды в лагунах могут значительно колебаться, а её состав может варьироваться от пресного до гиперсолёного^[22].

Лагуны встречаются на побережьях всех континентах, кроме Антарктиды. Они представляют собой разнообразные экосистемы, в которых обитают многочисленные виды животных и растений: птицы, рыбы, крабы, планктон и другие организмы. Лагуны также предоставляют широкий спектр экосистемных услуг, которые включают рыболовство, круговорот питательных веществ, защиту от наводнений и фильтрацию воды^[22].

Солёные марши, или солончаки, — это территория перехода от океана к суше, где смешиваются пресная и солёная вода. Почва на маршах часто состоит из ила и слоя органического материала, называемого торфом. Торф представляет собой разлагающуюся растительную массу, которая характеризуется низким уровнем кислорода, что может приводить к гипоксии^[23].

В условиях недостатка кислорода происходит активное размножение микроорганизмов, которые придают солончакам характерный запах серы^[24]. Солёные марши встречаются по всему миру и играют важную роль в поддержании экологического баланса и экономического благополучия. Они представляют собой высокопродуктивные экосистемы, которые обеспечивают условия для жизни для более чем 75 % видов рыб, и защищают береговые линии от эрозии и наводнений^[24].

Солончаки можно разделить на высокие марши, низкие марши и пограничные с возвышенностями. Низкие солончаки находятся ближе к океану и часто затапливаются во время приливов. Верхние расположены между низкими и пограничными. Они затапливаются только во время сильных приливов^[23].

Пограничные с возвышенностями солончаки представляют собой пресноводную часть марша, которая находится на высоте, незначительно превышающей уровень верхнего марша. Она подвергается затоплению только в случае экстремальных погодных условий и гораздо меньше страдает от заболачивания и солевого стресса по сравнению с другими участками марша^[23].

Литоральная зона, или приливно-отливная зона, представляет собой участки, которые раскрываются при отливе и покрываются солёной водой во время прилива. Существует четыре основные литоральные зоны, каждое из которых имеет свои отличительные особенности: надлиторальная (или надприливная) зона, высокая литоральная зона, средняя литоральная зона и низкая литоральная зона^[25].

Надлиторальная зона располагается непосредственно выше уровня полной воды (высокого прилива). Высокая литоральная зона погружается в воду во время прилива, но между приливами она остаётся сухой. Из-за разнообразия условий в этой зоне обитают выносливые морские организмы, которые способны адаптироваться к изменениям. К ним относятся балянусы, морские улитки, мидии и раки-отшельники.

В средней литоральной зоне приливы и отливы наблюдаются дважды в сутки, что создаёт благоприятные условия для жизни разнообразных животных. Низкая литоральная зона почти непрерывно покрыта водой, за исключением периодов самых низких приливов, что создаёт благоприятные условия для развития жизни^[25].

Организмы, обитающих у поверхностной плёнки воды, прикрепляющихся к ней или передвигающихся по ней, называются нейстонами. Среди них можно выделить такие важные виды, как саргассум, которые в обилии присутствуют в Саргассовом море, усоногие, улитки, голожаберные и стрекающие. В нейстоне обитает множество видов рыб, имеющих большое значение для экологии и экономики. Однако несмотря на разнообразие и важность организмов на поверхности океана, соединяющей различные среды обитания, о жизни нейстонов известно не так уж много.

Поверхность океана также играет большую роль в борьбе с изменением климата и загрязнением окружающей среды. Так, например, океаническая поверхность поглощает часть тепла и уравновешивает температуру воздуха^[26].

Кроме того, она является своеобразной «кожей» между атмосферой и водой. Солнечный свет проникает внутрь примерно на глубину одного метра^[27], поскольку почти половина ультрафиолетового излучения поглощается на поверхности. Организмы, обитающие здесь, вынуждены приспосабливаться к волновой активности и уникальным химическим и физическим условиям^{[28][29][30][31]}.

Поверхность океана служит домом для множества видов живых существ, от рыб и китов до организмов, которые используют в качестве среды обитания морской мусор.

Морские экосистемы приносят пользу не только природе. Они предоставляют человеку целый ряд экосистемных услуг, которые имеют социальное, экономическое и биологическое значение.

Пелагические морские системы играют важную роль в регулировании глобального климата, участвуют в круговороте воды, поддерживают разнообразие жизни в морях и океанах, обеспечивают людей продовольствием и энергией, а также создают условия для отдыха и туризма.

В экономическом плане морские системы предоставляют возможности для рыболовства, аквакультуры, добычи нефти и газа, торговли и судоходства, которые приносят миллиарды долларов дохода^[32].

Экосистемные услуги делятся на множество категорий, включая поддержку, обеспечение, регулирование и культуру^[33].

Продуктивность морской экосистемы можно измерить несколькими способами. Для этого проводят исследования биоразнообразия и видового состава зоопланктона, измеряют биомассу зоопланктона, анализируют структуру водной толщи, фотосинтетически активную радиацию, прозрачность, содержание хлорофилла а, нитратов и первичную продукцию. Такие данные позволяют оценить изменения в продуктивности крупных морских экосистем и потенциальную рыбопромысловую продуктивность.^[34]

Датчики, прикреплённые к днищу судов или размещённые на буях, способны фиксировать вышеперечисленные показатели. Они применяются для анализа динамики продуктивности и отслеживания физических характеристик в водной толще, таких как температура и солёность^[35][36][37]. Также можно использовать данные спутниковых измерений концентрации хлорофилла и температуры поверхности моря.

Для того чтобы оценить изменения в биоразнообразии и численности рыб в крупных морских экосистемах, проводятся донные траловые съёмки и акустические исследования пелагических видов. С их помощью можно изучить популяции рыб, определить их запасы, измерить длину, оценить соотношение возраста и роста, провести анализ загрязнения прибрежной зоны, а также исследовать трофические отношения между различными видами^[38].

Морские экосистемы очень важны для общего состояния здоровья как морской, так и наземной среды. По данным Центра мировых ресурсов, на прибрежные места обитания приходится около 1/3 всей морской биологической продуктивности, включая устьевые экосистемы (то есть солончаки, морскую растительность, мангровые леса), они являются одними из наиболее продуктивных районов на планете. Кроме того, морские экосистемы, такие как коралловые рифы, по сравнению с другими морскими экосистемами создают более высокий уровень биологического разнообразия, обеспечивая питанием и приютом^[39].

Морские экосистемы, как правило, имеют большое разнообразие биологических видов и, следовательно, обладают хорошей устойчивостью против инвазивных видов. Однако есть исключения, и пока неясно, какие механизмы обеспечивают такую устойчивость^[40].

Морские экосистемы России охватывают обширные акватории и отличаются значительным биологическим разнообразием и экологической значимостью. Суммарная площадь морской акватории России составляет примерно 8,6 миллиона квадратных километров, что соответствует 2,4 % от площади всего Мирового океана. Около 3,9 миллиона квадратных километров составляет шельф, 4,7 миллиона квадратных километров — глубоководные области^[41].