3.4: ביומות מימיות

Last updated
Save as PDF

Page ID: 207612

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

גורמים אביוטיים המשפיעים על ביומות מימיות

כמו ביומות יבשתיות, ביומות מימיות מושפעות משורה של גורמים אביוטיים. למדיום המימי - מים - יש תכונות פיזיקליות וכימיות שונות מאשר לאוויר. גם אם המים בבריכה או בגוף מים אחר צלולים לחלוטין (אין חלקיקים תלויים), מים עדיין סופגים אור. כאשר יורדים לגוף מים עמוק, בסופו של דבר יהיה עומק שאור השמש לא יכול להגיע אליו. אמנם ישנם כמה גורמים אביוטיים וביוטיים במערכת אקולוגית יבשתית שעלולים לטשטש אור (כמו ערפל, אבק או נחילי חרקים), אך בדרך כלל אלה אינם מאפיינים קבועים של הסביבה. חשיבות האור בביומות מימיות היא מרכזית בקהילות האורגניזמים המצויות הן במערכות אקולוגיות של מים מתוקים והן במערכות אקולוגיות ימיות. במערכות מים מתוקים, ריבוד עקב הבדלי צפיפות הוא אולי הגורם האביוטי הקריטי ביותר וקשור להיבטי האנרגיה של האור. התכונות התרמיות של מים (שיעורי חימום וקירור) הן משמעותיות לתפקוד של מערכות ימיות ויש להן השפעות גדולות על האקלים העולמי ודפוסי מזג האוויר. מערכות ימיות מושפעות גם מתנועות מים פיזיות רחבות היקף, כמו זרמים; אלה פחות חשובים ברוב אגמי המים המתוקים.

איור\(\PageIndex{1}\). האוקיינוס מחולק לאזורים שונים על בסיס עומק המים והמרחק מקו החוף.

האוקיינוס מסווג לפי מספר אזורים או אזורים (איור\(\PageIndex{1}\)). כל המים הפתוחים של האוקיינוס מכונים האזור הפלאגי. האזור הבנטי משתרע לאורך קרקעית האוקיינוס מקו החוף לחלקים העמוקים ביותר של קרקעית האוקיינוס. בתוך התחום הפלאגי נמצא האזור הפוטי, שהוא החלק של האוקיאנוס שאור יכול לחדור אליו (כ -200 מ 'או 650 רגל). בעומקים העולים על 200 מ ', האור אינו יכול לחדור; לפיכך, זה מכונה האזור האפוטי. רוב האוקיינוס הוא אפוטי וחסר מספיק אור לפוטוסינתזה. החלק העמוק ביותר של האוקיאנוס, עומק הצ'לנג'ר (בתעלת מריאנה, הממוקם במערב האוקיאנוס השקט), הוא בעומק של כ -11,000 מ '(כ -6.8 מייל). כדי לתת קצת פרספקטיבה על עומק תעלה זו, האוקיינוס הוא, בממוצע, 4267 מ 'אזורים אלה רלוונטיים אגמי מים מתוקים גם כן.

ביומות ימיות

האוקיינוס הוא הביומה הימית הגדולה ביותר. זהו גוף רציף של מי מלח שהוא אחיד יחסית בהרכב הכימי; זהו פיתרון חלש של מלחים מינרליים וחומר ביולוגי נרקב. בתוך האוקיינוס, שוניות האלמוגים הן סוג שני של ביומה ימית. שפכים, אזורי חוף שבהם מים מלוחים ומים מתוקים מתערבבים, יוצרים ביומה ימית ייחודית שלישית.

אוקיינוס

המגוון הפיזי של האוקיינוס הוא בעל השפעה משמעותית על צמחים, בעלי חיים ואורגניזמים אחרים. האוקיינוס מסווג לאזורים שונים על סמך כמה רחוק האור מגיע למים. לכל אזור יש קבוצה מובחנת של מינים המותאמים לתנאים הביוטיים והאביוטיים המיוחדים לאזור זה.

אזור הגאות והשפל, שהוא האזור שבין גאות ושפל, הוא האזור האוקיאני הקרוב ביותר ליבשה (איור\(\PageIndex{2}\)). באופן כללי, רוב האנשים חושבים על חלק זה של האוקיינוס כחוף חולי. במקרים מסוימים, אזור הביניים הוא אכן חוף חולי, אך הוא יכול להיות גם סלעי או בוצי. אורגניזמים נחשפים לאוויר ולאור שמש בשפל ונמצאים מתחת למים רוב הזמן, במיוחד בזמן גאות. לכן, יצורים חיים המשגשגים באזור הביניים מותאמים להיות יבשים לפרקי זמן ארוכים. גם החוף של אזור הגאות והשפל נפגע שוב ושוב על ידי גלים, והאורגניזמים שנמצאים שם מותאמים לעמוד בפני נזקים מפעולת הדפיקות של הגלים (איור\(\PageIndex{2}\)). השלדים החיצוניים של סרטני קו החוף (כגון סרטן החוף, Carcinus maenas) קשוחים ומגנים עליהם מפני התייבשות (התייבשות) ונזקי גלים. תוצאה נוספת של הגלים הדופקים היא שמעט אצות וצמחים מתבססים בסלעים, בחול או בבוץ הנעים כל הזמן.

איור\(\PageIndex{2}\). קיפודי ים, קליפות מולים וכוכבי ים נמצאים לעתים קרובות באזור הגאות והשפל, המוצג כאן במפרץ קצ'מק, אלסקה. (אשראי: NOAA)

האזור הנריטי (איור\(\PageIndex{1}\)) משתרע מאזור הגאות והשפל לעומקים של כ -200 מ '(או 650 רגל) בקצה המדף היבשתי. מכיוון שאור יכול לחדור לעומק זה, פוטוסינתזה יכולה להתרחש. המים כאן מכילים סחף והם מחומצנים היטב, נמוכים בלחץ ויציבים בטמפרטורה. פיטופלנקטון וסרגסום צף (סוג של אצות ימיות צפות חופשיות) מספקים בית גידול לחיי ים מסוימים הנמצאים באזור הנריטי. זואופלנקטון, פרוטיסטים, דגים קטנים ושרימפס נמצאים באזור הנריטי ומהווים בסיס שרשרת המזון עבור רוב הדיג בעולם.

מעבר לאזור הנריטי נמצא אזור האוקיינוס הפתוח המכונה אזור האוקיינוס (איור). \(\PageIndex{1}\) בתוך האזור האוקיאני יש ריבוד תרמי בו מים חמים וקרים מתערבבים בגלל זרמי האוקיאנוס. פלנקטון בשפע משמש כבסיס שרשרת המזון לבעלי חיים גדולים יותר כמו לווייתנים ודולפינים. חומרים מזינים הם נדירים וזה חלק פחות פרודוקטיבי יחסית של הביומה הימית. כאשר אורגניזמים פוטוסינתטיים והפרוטיסטים ובעלי החיים הניזונים מהם מתים, גופם נופל לקרקעית האוקיינוס שם הם נשארים. רוב האורגניזמים באזור האפוטי כוללים מלפפוני ים (פילום אכינודרמטה) ואורגניזמים אחרים השורדים על חומרי המזון הכלולים בגופות המתים של אורגניזמים באזור הצילום.

החלק העמוק ביותר של האוקיאנוס הוא אזור התהום שנמצא בעומקים של 4000 מ 'ומעלה. אזור התהום (איור\(\PageIndex{1}\)) קר מאוד ובעל לחץ גבוה מאוד, תכולת חמצן גבוהה ותכולת תזונה נמוכה. ישנם מגוון של חסרי חוליות ודגים שנמצאים באזור זה, אך באזור התהום אין צמחים בגלל חוסר האור. סדקים בקרום כדור הארץ הנקראים פתחי אוורור הידרותרמיים נמצאים בעיקר באזור התהום. סביב פתחי אוורור אלה חיידקים כימוסינתטיים מנצלים את המימן הגופרתי ומינרלים אחרים הנפלטים כמקור אנרגיה ומשמשים כבסיס לשרשרת המזון המצויה באזור התהום.

מתחת למים נמצא האזור הבנטי (איור\(\PageIndex{1}\)), המורכב מחול, סחף ואורגניזמים מתים. זהו חלק עשיר בחומרים מזינים של האוקיינוס בגלל האורגניזמים המתים הנופלים מהשכבות העליונות של האוקיינוס. בגלל רמה גבוהה זו של חומרים מזינים, קיים מגוון של ספוגים, כלניות ים, תולעים ימיות, כוכבי ים, דגים וחיידקים.

שוניות אלמוגים

שוניות האלמוגים מאופיינות במגוון ביולוגי גבוה ובמבנים שנוצרו על ידי חסרי חוליות החיים במים חמים ורדודים באזור הצילום של האוקיאנוס. הם נמצאים בעיקר בטווח של 30 מעלות צפונית ודרומית לקו המשווה. שונית המחסום הגדולה היא מערכת שוניות ידועה הממוקמת כמה קילומטרים מהחוף הצפון מזרחי של אוסטרליה. אורגניזמי האלמוגים (חברי הפילום Cnidaria) הם מושבות של פוליפים של מים מלוחים המפרישים שלד סידן פחמתי. שלדים עשירים בסידן מצטברים לאט ויוצרים את השונית התת מימית (איור). \(\PageIndex{3}\)

איור\(\PageIndex{3}\). שוניות האלמוגים נוצרות על ידי שלדי סידן פחמתי של אורגניזמים של אלמוגים, שהם חסרי חוליות ימיים בפילום Cnidaria. (קרדיט: טרי יוז)

לאלמוגים המצויים במים רדודים יותר (בעומק של כ -60 מ 'או כ -200 רגל) יש קשר הדדי עם אצות חד-תאיות פוטוסינתטיות. הקשר מספק לאלמוגים את רוב התזונה והאנרגיה שהם דורשים. המים בהם חיים האלמוגים הללו דלים מבחינה תזונתית וללא הדדיות זו לא ניתן היה לצמוח אלמוגים גדולים. לחלק מהאלמוגים החיים במים עמוקים וקרים יותר אין קשר הדדי עם אצות; אלמוגים אלה משיגים אנרגיה וחומרים מזינים באמצעות תאים צורבים על זרועותיהם כדי ללכוד טרף. ההערכה היא כי יותר מ -4,000 מיני דגים מאכלסים שוניות אלמוגים. דגים אלה יכולים להאכיל מאלמוגים, חסרי חוליות אחרים או מהאצות והאצות הקשורות לאלמוגים.

קישור ללמידה: צפו בסרטון זה של המינהל הלאומי לאוקיינוסים ואטמוספירה (NOAA) כדי לראות את האקולוג הימי ד"ר פיטר אטנויר דן במחקריו על אורגניזמים של אלמוגים.

חיבור אבולוציה: ירידה עולמית של שוניות האלמוגים

לוקח הרבה זמן לבנות שונית אלמוגים. בעלי החיים היוצרים שוניות אלמוגים התפתחו במשך מיליוני שנים, והמשיכו להפקיד לאט את הסידן פחמתי היוצר את בתי האוקיינוס האופייניים להם. שטופים במים טרופיים חמים, חיות האלמוגים ושותפיהם לאצות הסימביוטיות התפתחו כדי לשרוד בגבול העליון של טמפרטורת מי האוקיינוס.

יחד, שינויי אקלים ופעילות אנושית מהווים איומים כפולים על הישרדותם ארוכת הטווח של שוניות האלמוגים בעולם. מכיוון שההתחממות הגלובלית עקב פליטת דלקים מאובנים מעלה את טמפרטורות האוקיאנוס, שוניות האלמוגים סובלות. החום המופרז גורם לשוניות לגרש את האצות הסימביוטיות המייצרות מזון שלהן, וכתוצאה מכך תופעה המכונה הלבנה. כאשר מתרחשת הלבנה, השוניות מאבדות חלק ניכר מצבען האופייני כאשר האצות וחיות האלמוגים מתות אם אובדן הזואוקסנתלות הסימביוטיות מתארך.

עלייה ברמות הפחמן הדו-חמצני האטמוספרי מאיימת עוד יותר על האלמוגים בדרכים אחרות; כאשר CO ₂ מתמוסס במי האוקיאנוס, הוא מוריד את ה- pH ומגביר את חומציות האוקיאנוס. ככל שהחומציות עולה, היא מפריעה להסתיידות המתרחשת בדרך כלל כאשר חיות אלמוגים בונות את בתי הסידן הפחמתי שלהם.

כאשר שונית אלמוגים מתחילה למות, מגוון המינים צונח כאשר בעלי חיים מאבדים מזון ומחסה. שוניות האלמוגים הן גם יעדים תיירותיים חשובים מבחינה כלכלית, ולכן ירידת שוניות האלמוגים מהווה איום רציני על כלכלות החוף.

גידול האוכלוסייה האנושית פגע באלמוגים גם בדרכים אחרות. ככל שאוכלוסיות החוף האנושיות גדלות, גם נגר המשקעים והכימיקלים החקלאיים גדל, וגרם לחלק מהמים הטרופיים שהיו צלולים פעם להיות מעוננים. יחד עם זאת, דיג יתר של מיני דגים פופולריים אפשר למינים הטורפים שאוכלים אלמוגים ללכת ללא בדיקה.

למרות שעלייה בטמפרטורות הגלובליות של 1-2 מעלות צלזיוס (השלכה מדעית שמרנית) בעשורים הקרובים אולי לא נראית גדולה, היא משמעותית מאוד לביום זה. כאשר השינוי מתרחש במהירות, מינים יכולים להיכחד לפני שהאבולוציה מובילה להתאמות חדשות. מדענים רבים מאמינים כי ההתחממות הגלובלית, עם העלייה המהירה (מבחינת הזמן האבולוציוני) והעלייה הבלתי נמנעת בטמפרטורה, מפנה את האיזון מעבר לנקודה בה רבות משוניות האלמוגים בעולם יכולות להתאושש.

שפכים: היכן שהאוקיינוס פוגש מים מתוקים

שפכים הם ביומים המתרחשים במקום בו מקור מים מתוקים, כמו נהר, פוגש את האוקיאנוס. לכן, גם מים מתוקים וגם מי מלח נמצאים באותה סביבה; ערבוב מביא למים מלוחים מדוללים (מליחים). שפכים יוצרים אזורים מוגנים שבהם רבים מהצאצאים הצעירים של סרטנים, רכיכות ודגים מתחילים את חייהם. מליחות היא גורם חשוב מאוד המשפיע על האורגניזמים ועל ההתאמות של האורגניזמים המצויים בשפכים. מליחות השפכים משתנה ומבוססת על קצב הזרימה של מקורות המים המתוקים שלה. פעם או פעמיים ביום, גאות ושפל מביאים מי מלח לשפך. גאות ושפל המתרחשים באותה תדר הופכים את זרם מי המלח.

השונות הקצרה והמהירה במליחות עקב ערבוב של מים מתוקים ומי מלח מהווה אתגר פיזיולוגי קשה עבור הצמחים ובעלי החיים המאכלסים שפכים. מיני צמחי שפך רבים הם הלופיטים: צמחים שיכולים לסבול תנאים מלוחים. צמחים הלופיטים מותאמים להתמודדות עם המליחות הנובעת ממי מלח על שורשיהם או מריסוס ים. בחלק מההלופיטים מסננים בשורשים מוציאים את המלח מהמים שהצמח סופג. צמחים אחרים מסוגלים לשאוב חמצן לשורשיהם. בעלי חיים, כגון מולים וצדפות (פילום מולוסקה), פיתחו התאמות התנהגותיות שמוציאות אנרגיה רבה לתפקוד בסביבה המשתנה במהירות זו. כאשר בעלי חיים אלה נחשפים למליחות נמוכה, הם מפסיקים להאכיל, סוגרים את קליפותיהם ועוברים מנשימה אירובית (בה הם משתמשים בזימים) לנשימה אנאירובית (תהליך שאינו דורש חמצן). כאשר הגאות חוזרת לשפך, מליחות ותכולת החמצן של המים עולה, ובעלי חיים אלה פותחים את קליפותיהם, מתחילים להאכיל וחוזרים לנשימה אירובית.

ביומות מים מתוקים

ביומות מים מתוקים כוללות אגמים ובריכות (מים עומדים) וכן נהרות ונחלים (מים זורמים). הם כוללים גם ביצות, אשר יידונו מאוחר יותר. בני אדם מסתמכים על ביומות מים מתוקים כדי לספק משאבים מימיים למי שתייה, השקיית יבולים, תברואה ותעשייה. תפקידים שונים ויתרונות אנושיים אלה מכונים שירותי מערכת אקולוגית. אגמים ובריכות נמצאים בנופים יבשתיים ולכן הם קשורים לגורמים אביוטיים וביוטיים המשפיעים על ביומות יבשתיות אלה.

אגמים ובריכות

אגמים ובריכות יכולים לנוע בשטח של כמה מטרים רבועים לאלפי קילומטרים רבועים. הטמפרטורה היא גורם אביוטי חשוב המשפיע על יצורים חיים המצויים באגמים ובבריכות. בקיץ, ריבוד תרמי של אגמים ובריכות מתרחש כאשר שכבת המים העליונה מחוממת על ידי השמש ואינה מתערבבת במים עמוקים וקרירים יותר. אור יכול לחדור לאזור הצילום של האגם או הבריכה. פיטופלנקטון (אורגניזמים פוטוסינתטיים קטנים כמו אצות וציאנובקטריה שצפים במים) נמצאים כאן ומבצעים פוטוסינתזה, המספקים את בסיס רשת המזון של אגמים ובריכות. זואופלנקטון (בעלי חיים קטנים מאוד שצפים במים), כמו רוטיפים וסרטנים קטנים, צורכים פיטופלנקטון אלה. בתחתית אגמים ובריכות, חיידקים באזור האפוטי מפרקים אורגניזמים מתים השוקעים לקרקעית.

איור\(\PageIndex{4}\). הגידול הבלתי מבוקר של אצות באגם זה הביא לפריחת אצות. (קרדיט: ג'רמי נטלטון)

חנקן וזרחן הם חומרים מזינים מגבילים חשובים באגמים ובבריכות. בגלל זה, הם קובעים גורמים בכמות גידול הפיטופלנקטון באגמים ובבריכות. כאשר יש קלט גדול של חנקן וזרחן (מביוב ונגר ממדשאות וחוות מופרות, למשל), גידול האצות מרקיע שחקים, וכתוצאה מכך הצטברות גדולה של אצות הנקראות פריחת אצות. פריחת אצות (איור\(\PageIndex{4}\)) יכולה להיות כה נרחבת עד שהן מפחיתות את חדירת האור למים. כתוצאה מכך, האגם או הבריכה הופכים לאפוטיים וצמחים פוטוסינתטיים המושרשים בקרקעית האגם אינם יכולים לשרוד. כאשר האצות מתות ומתפרקות, מתרחשת דלדול חמצן חמור של המים. דגים ואורגניזמים אחרים הדורשים חמצן נוטים יותר למות, ואזורים מתים כתוצאה מכך נמצאים ברחבי העולם. אגם אירי ומפרץ מקסיקו מייצגים בתי גידול של מים מתוקים וימיים שבהם בקרת זרחן ונגר מי סערה מציבים אתגרים סביבתיים משמעותיים.

נהרות ונחלים

נהרות ונחלים הם גופי מים הנעים ללא הרף המובילים כמויות גדולות של מים מהמקור, או מי ראש, לאגם או לאוקיאנוס. הנהרות הגדולים ביותר כוללים את נהר הנילוס באפריקה, נהר האמזונס בדרום אמריקה ונהר המיסיסיפי בצפון אמריקה.

איור\(\PageIndex{5}\). ממוקם בדרום פלורידה, הפארק הלאומי אוורגליידס הוא מגוון עצום של סביבות ביצות, כולל ביצות עשב, ביצות ברוש ויערות מנגרובים בשפך. כאן, אנפה גדולה הולכת בין עצי ברוש. (אשראי: NPS)

מאפיינים אביוטיים של נהרות ונחלים משתנים לאורך הנהר או הנחל. נחלים מתחילים בנקודת מוצא המכונה מי מקור. מי המקור בדרך כלל קרים, דלים בחומרים מזינים וצלולים. התעלה (רוחב הנהר או הנחל) צרה יותר מאשר בכל מקום אחר לאורך הנהר או הנחל. בגלל זה, הזרם לרוב מהיר יותר כאן מאשר בכל נקודה אחרת של הנהר או הנחל.

המים הנעים במהירות גורמים להצטברות סחף מינימלית בתחתית הנהר או הנחל, ולכן המים צלולים. הפוטוסינתזה כאן מיוחסת בעיקר לאצות הגדלות על סלעים; הזרם המהיר מעכב את צמיחת הפיטופלנקטון. קלט נוסף של אנרגיה יכול להגיע מעלים או מחומר אורגני אחר הנופל לנהר או לנחל מעצים וצמחים אחרים הגובלים במים. כאשר העלים מתפרקים, החומר האורגני וחומרי המזון בעלים מוחזרים למים. צמחים ובעלי חיים הסתגלו למים הנעים במהירות זו. למשל, לעלוקות (פילום אנלידה) יש גופים מוארכים ופראיירים משני הקצוות. פראיירים אלה מתחברים למצע, ושומרים על העלוקה מעוגנת במקומה. מיני פורל מים מתוקים (phylum Chordata) הם טורף חשוב בנהרות ובנחלים המהירים הללו.

כאשר הנהר או הנחל זורמים מהמקור, רוחב הערוץ מתרחב בהדרגה והזרם מאט. למים הנעים לאט זה, הנגרמים מירידה בשיפוע ועליית הנפח ככל שיובלים מתאחדים, יש יותר שקיעה. פיטופלנקטון יכול להיות מושעה גם במים איטיים. לכן, המים לא יהיו ברורים כפי שהם ליד המקור. המים גם חמים יותר. ניתן למצוא תולעים (פילום אנלידה) וחרקים (פילום ארתרופודה) חופרים בבוץ. החולייתנים הטורפים מסדר גבוה יותר (phylum Chordata) כוללים עופות מים, צפרדעים ודגים. טורפים אלה חייבים למצוא מזון במים הנעים לאט, לפעמים עכורים, ובניגוד לפורל במים במקור, ייתכן שחולייתנים אלה לא יוכלו להשתמש בראייה כחושם העיקרי למציאת מזון. במקום זאת, סביר יותר שהם ישתמשו בטעם או ברמזים כימיים כדי למצוא טרף.

שטחי ביצות

שטחי ביצות הם סביבות בהן האדמה רוויה במים לצמיתות או מעת לעת. שטחי ביצות שונים מאגמים מכיוון שאדמות ביצות הן גופי מים רדודים שעלולים להתייבש מעת לעת. צמחייה מתעוררת מורכבת מצמחי ביצות המושרשים באדמה אך יש להם חלקים של עלים, גבעולים ופרחים המשתרעים מעל פני המים. ישנם מספר סוגים של ביצות כולל ביצות, ביצות, ביצות, בוץ וביצות מלח (איור). \(\PageIndex{5}\)

תורמים וייחוסים

ביולוגיה מאת OpenStax מורשית תחת CC BY 4.0. שונה מהמקור על ידי מתיו ר 'פישר.