FUNKCJONOWANIE I

OCHRONA EKOSYSTEMÓW

MORSKICH

dr TERESA RADZIEJEWSKA

(Zakład Paleooceanologii
ul. Mickiewicza 18, p.118

e-mail: [e-mail])

Lektura :

Duxbury, A.C., Duxbury, A.B.,

Sverdrup, K.A., OCEANY
ŚWIATA, PWN Warszawa 2002

EGZAMIN

ŚRODOWISKO

MORSKIE JAKO

SYSTEM

EKOLOGICZNY;

METODY BADAŃ

PLANETA OCEAN

Planeta Ziemia: 510 mln km

2

morza i oceany: 71%
zasadnicza część hydrosfery
w systemie przyrodniczym Ziemi

SYSTEM PRZYRODNICZY

(EKOLOGICZNY

)

SYSTEM (układ) = zbiór elementów

sprzężonych ze sobą w pewną całość
wyodrębnioną z otoczenia,

pozostających we wzajemnych relacjach
i w relacjach z otoczeniem;

- relacje przyczynowo-skutkowe
- system NIEREDUKOWALNY do cech
charakterystycznych dla elementów
składowych

SYSTEM: organizacja

(uporządkowanie elementów i

funkcji) - powiązania materialne i

funkcjonalne

Różne poziomy organizacji =

system

hierarchiczny

- organizm
- populacja
- biocenoza
- ekosystem
- układy
ekosystemów
-

Granice ostre

Granice nieostre

Systemy przyrodnicze =

SYSTEMY DYNAMICZNE

Stan zmienny w czasie (dynamika = przebieg

zmian)

czas geologiczny (systemy względnie trwałe,

niezmienne w określonym przedziale
czasu); zmienność rekonstruowana

czas historyczny (ekologiczny); zmienność

postrzegana

Utrzymywanie organizacji systemu =

przeciwdziałanie rozpadowi = działanie
wbrew entropii (rozpraszaniu energii)

Cechy systemów

przyrodniczych

• OTWARTOŚĆ = wymiana składników materii i

energii z otoczeniem

• WZROST I ROZWÓJ poprzez dopływ energii oraz

uleganie przemianom prowadzącym do wzrostu
złożoności (= EWOLUCJA) - WZROST POZIOMU
ORGANIZACJI = wzrost ilości elementów i
różnorodności powiązań

• OPIERANIE SIĘ ZMIANOM (do czasu) poprzez

modyfikowanie się (=adaptację) dzięki informacji
(genetycznej - osobniczej i ponadosobniczej)

• ZACHOWANIE ZŁOŻONOŚCI i tendencja do

OBNIŻANIA ENTROPII (działanie antyentropijne)

Trwanie systemu: wydatkowanie

energii dla ADAPTACJI

(przystosowania)

przez: - reagowanie na bodźce =

odpowiedź (przystosowanie) do
warunków stawianych przez otoczenie

Brak możliwości odpowiedzi (adaptacji)

= destrukcja systemu (śmierć)
znaczenie negatywne i pozytywne
(zapewnia obieg materii)

Procesy:
- funkcje (role)
- interakcje (wzajemne
oddziaływania)

Poznawane przez:
- obserwacje, pomiary
- modelowanie

(odwzorowywanie)

Przewidywanie efektów

Poznawanie struktury i

funkcjonowania systemów

przyrodniczych

• Podejście

redukcjonistycz
ne:

SYSTEM = suma

właściwości
części
(elementów;
podsystemów)

• Podejście

holistyczne

SYSTEM = suma

właściwości części
(elementów) PLUS

właściwości całego

zespołu
elementów

Podsystemy w globalnym

systemie środowiska

morskiego

Podział

środowiskowy:
- Pelagial
- Bental

dodatkowe

podziały ze
względu na
gradienty:

- gradient oddalenia

od brzegu

- gradient głębokości

Podsystemy w systemie

środowiska morskiego

Podział
siedliskowo-
strefowy

1. Estuaria (i ich

charakterystyczne siedliska)

2. Wybrzeża otwarte (i ich

charakterystyczne siedliska)

3. Rafa koralowa
4. Pelagial morski
5. Bental szelfu i stoku

kontynentanego

6. Oceaniczne rejony

głebokowodne (i ich
charakterystyczne siedliska)

7. Morskie obszary polarne

Regulacja procesów

Energetyczna i materialna podstawa

funkcjonowania ekosystemu: produkcja

Ograniczniki („sterowniki”) funkcjonowania

ekosystemu morskiego (struktury i procesy
oceanograficzne: chemizm wody morskiej,
osady denne,
zjawiska dynamiczne - falowanie, pływy i
prądy; klimat i procesy wielkoskalowe;
czynniki antropogeniczne)

Rozkład materii; eksport materii i energii

Poznawanie środowiska

morskiego

Długa historia; terra cognita et incognita
I. 5000 BP - 999 AD

4500 BP nurkowania (Grecja, Chiny)
4000 BP pierwsze żaglowce (Egipt)
600 BP rejsy Fenicjan
900 AD ekspedycje Wikingów

II. 1000 - 1799 AD

wielkie wyprawy: Kolumb, Magellan, Cook
rozwój techniki eksploracyjnej (dzwon nurkowy)

III. 1800 - dziś

ekspedycje („Challenger”!), laboratoria, technika,
obserwacje z przestrzeni kosmicznej

Poznawanie środowiska

morskiego

Zbieranie informacji naukowych:

obserwacje w rejonach przybrzeżnych - stacje

i laboratoria morskie, nurkowanie

Plymouth (GB)

Southampton
(GB)

Hel (PL)

Woods Hole (USA)

Poznawanie środowiska

morskiego

Morskie wyprawy badawcze - statki

badawcze

Poznawanie środowiska

morskiego

Pojazdy podwodne, pojazdy

bezzałogowe, roboty i landery

Poznawanie środowiska

morskiego

Przyrządy i aparatura

Praktyczne wykorzystywanie

wiedzy o ekosystemach

morskich

- żywność (rybołówstwo i

marikultura)

- surowce:

- mineralne
- biologiczne (farmakologia,
biotechnologia - zasoby
genetyczne)

- turystyka i rekreacja

Praktyczne wykorzystywanie

wiedzy o ekosystemach

morskich

Przeciwdziałanie tendencjom,

procesom i zjawiskom
negatywnym -

ochrona

ENERGETYCZNE

PODSTAWY
FUNKCJONOWANIA
EKOSYSTEMU
MORSKIEGO

Przypomnienie: Cechy

systemów przyrodniczych

• OTWARTOŚĆ = wymiana składników materii i energii

z otoczeniem

• dopływ energii z zewnątrz:

ENERGIA SŁONECZNA zawarta w promieniowaniu

słonecznym docierającym - w postaci fal świetlnych -

do powierzchni morza i pod powierzchnię;

- odbicie - utrata części energii
po przejściu granicy atmosfera-woda:
- załamanie
- rozpraszanie
- selektywne pochłanianie na kolejnych głębokościach

- selektywne pochłanianie

konsekwencja: stopniowe
osłabianie
intensywności oświetlenia ze
wzrostem głębokości - strefa
fotyczna i afotyczna

Dopływ energii słonecznej

Energia słoneczna wykorzystywana

bezpośrednio przez florę morską

- fitoplankton

- makrofity

przyrost ich biomasy (dzięki obecności soli

biogennych i zdolności do fotosyntezy) =
PRODUKCJA PIERWOTNA

PRODUKCJA PIERWOTNA

Materialna i energetyczna

podstawa funkcjonowania
ekosystemów morskich =
zachodzenia procesów w tych
ekosystemach

Mechanizm produkcji

pierwotnej :

fotosynteza

Asymilacja dwutlenku węgla = pochłanianie

nadmiaru CO

2

przy obecności soli

biogenicznych (azotany, fosforany) i
dopływie energii świetlnej
wytwarzanie związków organicznych
magazynujących energię

przyrost biomasy roślin

(= produkcja pierwotna)

„Sterowniki” produkcji

pierwotnej

• Dostępność światła, jakość

światła; barwniki fotosyntetyczne
(głównie chlorofil a)

• dostępność biogenów (azotany,

fosforany)

• temperatura wody
• usuwanie (wyżerowywanie) -

sezonowość;

Produkcja pierwotna mórz i oceanów na

tle produkcji pierwotnej innych

ekosystemów Ziemi

Rozkład produkcji pierwotnej we

Wszechoceanie; obszary

oligotroficzne i eutroficzne

Roczna produkcja pierwotna w oceanie 17-
51x10

9

t C r

-1

(średnio 40x10

9

t C r

-1

)

>90% morskiej produkcji pierwotnej =
fitoplankton;

rejony najbardziej produktywne: przybrzeżne

Rośliny morskie

Glony:

fitoplankton

makrofity

Morskie rośliny wyższe (naczyniowe)

Fitoplankton

Grupy (taksony):

okrzemki wiciowce zielenice sinice

sezonowość występowania
zakwity
gatunki toksyczne

Nodularia spumigena

Sezonowość występowania fitoplanktonu i produkcji

pierwotnej

Makrofity

Specyficzne siedliska:
- łąki trawy morskiej
- lasy laminariowe

Szczególny przypadek

produkcji pierwotnej w

oceanie -

chemosynteza

• Głębie oceaniczne -

źródła
hydrotermalne;

• brak światła, wysoka

temperatura,

• woda przesycona

siarkowodorem

• producenci -

bakterie siarkowe;
swobodnie żyjące i
symbiotyczne

Produkcja wtórna i morskie

łańcuchy pokarmowe (sieć

pokarmowa w ekosystemie)

• Zależności pokarmowe;

sprawność energetyczna
przepływu energii

Straty energii przy
przejściu do
kolejnego poziomu
troficznego

Eksport materii i

energii

Szlaki eksportu:

– transport poziomy - adwekcja
– transport pionowy - sedymentacja

- podstawa istnienia i
funkcjonowania biocenoz bentalu,
zwłaszcza głębokowodnych;
zależność od procesów strefy
fotycznej; rejony oligo- i
eutroficzne w oceanie

Sedymentacja i jej

konsekwencje

• w czasie ekologicznym:

deponowanie materiału na
dnie - zasilanie biocenoz
bentalu w materię i energię

Sedymentacja i jej

konsekwencje

• deponowanie i akumulacja

zanieczyszczeń

Szczególny przypadek

sedymentacji - „syndrom

martwego wieloryba”

Sedymentacja i jej

konsekwencje

•

w czasie geologicznym:

diageneza - przetwarzanie materiału

sedymentowanego na minerały w osadzie
dennym; osady biogeniczne i hydrogeniczne)

powstawanie „archiwum
osadowego” - możliwość
rekonstrukcji dawnych
stanów
(mikropaleontologia)

Procesy rozkładu

Detrytus i jego „recykling”:

- w toni wody
- na dnie

rola mikroorganizmów:

mineralizacja materii organicznej
(produkcja wtórna mikrobów;
destrukcja - rozkład - detrytusu,
najczęściej z wykorzystaniem tlenu
zawartego w wodzie i/lub w osadzie;

powstawanie deficytu tlenowego)

Ostateczna regeneracja

biogenów i jej znaczenie

• powrót biogenów do obiegu -

do strefy powierzchniowej toni
wody

• upwelling

produkcja

pierwotna