Юлен Очаковский - Свет в море

• Название: Свет в море
• Автор: Юлен Очаковский
• Издательство: Наука
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1970

Книга посвящена одному из сложных и интересных разделов науки — гидрооптике которая изучает проникновение и распространение света в море.

В настоящее время знать физические законы, определяющие эти процессы, особенно необходимо в связи с решением такой важной и актуальной проблемы, как освоение ресурсов Мирового океана.

Человек начал наступление на водную целину. Но для успешного его завершения следует разобраться в массе трудных вопросов гидрооптики.

Чем объясняется цвет моря и почему разные моря имеют разный цвет? От чего зависит прозрачность морской воды и несколько глубоко проникает свет в океанские глубины? Почему море светится? Ответы на все эти вопросы и дает настоящая книга.

Она написана легко, физическая сущность процессов объяснена весьма доступно. Издание рассчитано на широкие круги читателей.

---

Надо помнить, что проблема «свет и фотосинтез» остается одной из важнейших проблем как оптики моря, так и морокой биологии. Океан — продовольственная кладовая будущего, и ее изобилие в первую очередь определяется первичной продукцией.

Недавно советские ученые О. И. Кобленц-Мишке, В. В. Волковинский и Ю. Г. Кабанова примерно оценили первичную продукцию Мирового океана. Оказалось, что в год морские водоросли переводят из неорганического состояния в органическое около 15–20 млрд. т углерода. Другими славами, водоросли за один год накапливают 600–800 млрд. т сырой биомассы.

При этом надо учесть, что биологические ресурсы моря пока не испытывают регулирующего влияния человека. В дальнейшем, когда люди научатся культивировать моря и океаны, их продуктивность, несомненно, еще больше возрастет.

Влияние света на жизнедеятельность морских организмов

В природе есть много явлений, которые еще не удалось объяснить. Так обстоит дело и с вертикальными миграциями зоопланктона. В чем же их суть? Давно замечено, что ряд мелких морских животных в течение суток перемещаются в толще воды. Ночью они поднимаются ближе к поверхности, а днем уходят на глубины. Небольшой планктонный рачок-калянус (Calanus finmarchicus) проходит за сутки около 500 м, а суточные перемещения некоторых более крупных планктонных организмов охватывают слои до 800—1000 м. Средняя скорость движения у разных организмов лежит в пределах 0,5–3 м/мин. Любопытно, что во время своих вертикальных перемещений животные транзитом проходят водные слои с разной температурой. Иной раз температурные различия между слоями составляют около 10°. В то же время для горизонтального распределения этих видов организмов встают непреодолимой стеной значительно меньшие температурные различия, ограничивая их географическое распространение.

У гидробиологов пока нет единодушного мнения о причине суточных миграций. Некоторые считают, что вертикальные миграции постепенно выработались у организмов как защитное приспособление от нападения хищников. Однако большинство биологов убеждено, что причина миграций — в суточных изменениях естественной освещенности.

Дальнейшее развитие биологических и биофизических исследований позволит окончательно решить проблему суточных вертикальных миграций.

По нашему же мнению, гидробиологи, утверждающие, что изменения освещенности вызывают вертикальное перемещение организмов с суточным ритмом, ближе к истине. Об этом свидетельствуют и наблюдения Т. С. Петипа 30 июня 1954 г. за поведением зоопланктона в Севастопольской бухте во время солнечного затмения. Диск Солнца был закрыт на 92 %, благодаря чему нормальная дневная освещенность поверхности моря, как считает Петипа, уменьшилась в 17 раз. Обловы зоопланктона по всей толще воды показали, что многие из видов зоопланктона поднялись из глубин в верхний слой воды 0–5 м. После окончания затмения, когда была восстановлена нормальная освещенность поверхности моря, основная масса зоопланктона очень быстро опустилась в более глубокие слои.

В этом случае связь изменения освещенности с вертикальными миграциями зоопланктона представляется совершенно очевидной. А что произойдет, если длительное время, скажем три-четыре недели, освещенность не будет меняться? Будет ли следовать зоопланктон привычному ритму суточных вертикальных миграций?

Такой случай в Арктике в разгар полярного лета, когда Солнце круглосуточно не скрывается за горизонтом, исследовал В. Г. Богоров.

У берегов Новой Земли он наблюдал поведение рачка-калянуса. По его сообщению, во время полярного дня калянус находился на одной и той же глубине, не обнаруживая никаких вертикальных перемещений, тогда как осенью, в период смены дня и ночи, тот же рачок совершал свои суточные миграции. В. Г. Богоров не фиксировал величину надводной освещенности. Поэтому мы можем только приближенно оценить ее величину и суточные колебания, использовав данные О. А. Соколова, полученные для той же широты, но другой долготы. Величина освещенности меняется в течение полярного дня в пределах 500—1800 лк, что вызывает изменение подводной освещенности на постоянном горизонте скопления калянуса от 0,5 до 4 лк. Вероятно, такие изменения освещенности не ощутимы калянусом.

Вместе с тем есть данные, что определенные виды зоопланктона более тонко реагируют на изменение освещенности. Английский биолог Мур наблюдал, например, как неожиданно появившаяся на небе Луна заставила зоопланктонные организмы опуститься из самого поверхностного слоя на некоторую глубину. А освещенность поверхности моря, создаваемая Луной, составляет лишь 0,5 лк[34].

Приведенные примеры, как нам кажется, убедительно подтверждают связь регулярного суточного движения многих планктонных животных вверх и вниз — вертикальных миграций — с изменением количества света, проникающего в толщу морской воды. Более того, исследователи заметили, что каждое животное, поднимаясь или опускаясь, стремится находиться в местах с одинаковой освещенностью. Это выяснилось, в частности, во время изучения звукорассеивающих слоев — локальных скоплений крупных планктонных организмов и рыб, которые могут фиксироваться гидроакустическими приборами, например эхолотами.

Звукорассеивающие слои редко образуются за счет животных только одного вида. Обычно в самой верхней части сосредоточиваются эуфаузииды (Euphausiidae), животные, похожие на креветок. У них огромные черные глаза (отсюда местное название — черноглазки); тело (1–3 см) прозрачное, с крошечными красными пятнами. Нижние же ярусы звукорассеивающего слоя занимают мелкие рыбки.

Летом 1954 г. американские биофизики Е. Кампа и Б. Боден провели в Тихом океане близ Калифорнии обширные исследования звукорассеивающих слоев. Запись перемещения слоев сопровождалась измерениями подводной освещенности с помощью батифотометра, снабженного весьма чувствительным фотоумножителем. Перед рассветом 2 июля батифотометр погрузили на глубину верхней планктонной части звукорассеивающего слоя (освещенность была 6,3∙10-4 лк). Вскоре звукорассеивающий слой стал опускаться на глубину. Одновременно непрерывно регистрировалась освещенность, она все время составляла 6,3∙10-4 лк. Слой остановился на глубине 243 м. Батифотометр показал 6,3∙10-4 лк. Вечерний подъем происходил аналогичным образом, т. е. в верхней части звукорассеивающего слоя неизменно регистрировалась одна и та же освещенность (рис. 67). Правда, она не равнялась освещенности при опускании, а заметно превосходила ее (7,1∙10-3 лк). Объясняется это тем, что безлунной ночью (с 1 на 2 июля) перед спуском животные хорошо адаптировались и, следовательно, оказались более чувствительны к слабым освещенностям, чем в дневное время перед подъемом (вечером 2 июля).

Рис. 67. Изменение глубины нахождения звукорассеивающего слоя во время вечернего подъема (кружки) и изменение освещенности (сплошная линия)

Примеры показывают, что, вероятно, даже темп миграции планктонных организмов зависит от темпа изменения подводной освещенности.

Большинство исследователей уделяло внимание связи вертикальных миграций зоопланктона с изменениями освещенности, созданной солнечным светом. Однако очень немногие изучали влияние лунного света на миграции.

Японский океанограф Уда утверждает, что Луна влияет на положение звукорассеивающих слоев. При лунном освещении они уходят от поверхности моря, и тогда плохо ловятся кальмары и многие рыбы.

Окраска морских организмов

Биологи одной из океанографических экспедиций на корабле «Михаэль Сарс» обратили внимание на окраску рыб и животных в Саргассовом море.

Верхний, щедро освещаемый солнечным светом слой воды населяют голубые летучие рыбы и медузоподобные сифонофоры (Siphonophora). Здесь же обитают совершенно неокрашенные стекловидные личинки угря и комочки бесцветного студня — медузы. Порой их даже невозможно разглядеть в ведре с морской водой. Идеальное слияние со средой объясняется прежде всего тем, что показатели преломления личинок и медуз близки к показателю преломления воды и лучи света не отражаются и не меняют своего направления, проходя через их тела. Кроме того, очень мало и поглощение света этими организмами.

У рыб в верхнем слое моря — обычно светлое брюшко и более темная спинка. Сверху спинка хуже различается на фоне темных морских глубин, а светлое брюшко менее заметно, если смотреть на рыбу снизу, на освещенную поверхность моря.

Рыб с коричневыми спинками можно обнаружить на глубине 300 м. Это и понятно: здесь света еще меньше.

Личинки плавающей на поверхности океана сифонофоры — физалии (Physalia) — обитают на глубинах 300–400 м и окрашены не в голубой, как взрослые особи, а в ярко-красный цвет. В окружающих сине-фиолетовых сумерках такой цвет воспринимается почти, как черный. В красный цвет окрашен и калянус, опускающийся днем до 300–500 м. Такая окраска является дополнительной по отношению к свету, проникающему на данную глубину.